Разработана система на кристалле на мемристорах для обработки аналоговых радиочастотных сигналов
Разработка более совершенных технологий обработки радиочастотных сигналов может способствовать дальнейшему развитию беспроводной связи, позволяя устройствам, подключенным к интернету, быстрее обмениваться информацией и потреблять при этом меньше энергии. В настоящее время радиочастотные сигналы обрабатываются с помощью программно-определяемых радиосистем (SDR), которые могут модулировать, фильтровать и анализировать сигналы с помощью программного обеспечения, а не аппаратных компонентов.
Несмотря на широкое распространение, эти системы основаны на чисто цифровом оборудовании, в котором вычислительные модули и модули памяти физически разделены, что приводит к постоянной передаче данных между ними и, следовательно, к дополнительному энергопотреблению. Кроме того, широкое использование компонентов схемы, известных как аналого-цифровые преобразователи (АЦП), которые преобразуют входящие радиочастотные сигналы в цифровые значения, которые затем могут обрабатываться цифровыми компьютерами, часто приводит к задержкам в обработке (то есть к латентности) и значительному энергопотреблению. Поэтому инженеры-электронщики пытаются разработать альтернативные системы, которые могли бы напрямую обрабатывать сигналы в их исходной (то есть аналоговой) форме, что позволило бы сократить объём передаваемых данных и снизить энергопотребление.
Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте, Техасского университета A&M и компании TetraMem Inc. представили новую многообещающую систему для обработки аналоговых радиочастотных сигналов, основанную на устройствах энергонезависимой памяти, известных как мемристоры, интегрированных в чип. Предложенная ими система, представленная в статье в Nature Electronics, обрабатывает радиочастотные сигналы значительно быстрее и с меньшим энергопотреблением, чем существующие системы радиочастотной идентификации.
«Эта работа была вдохновлена тем, как мозг обрабатывает сенсорные сигналы для извлечения информации», — рассказали авторы Tech Xplore. «В отличие от современных микроэлектронных датчиков, которые преобразуют аналоговые сигналы в цифровые биты, которые затем сохраняются и извлекаются для последующей обработки, мозг обрабатывает аналоговые сигналы напрямую, в режиме реального времени и в памяти, сохраняя только ту информацию, которая остаётся актуальной. Это позволяет мозгу быстро извлекать важную информацию с минимальным энергопотреблением.»
В рамках своего недавнего исследования авторы разработали мемристорную систему на кристалле (SoC) — интегральную схему, содержащую все основные компоненты вычислительной системы, а также мемристоры. Эта SoC была разработана для имитации способности человеческого мозга обрабатывать и быстро извлекать важную информацию.
Интегральная схема содержит крестообразную матрицу мемристоров — архитектуру схемы, которая соединяет входы и выходы в виде сетки. Эта матрица мемристоров может обрабатывать сенсорные сигналы, поступающие в режиме реального времени, а её конфигурация эффективно отражает весовые коэффициенты индивидуального алгоритма искусственного интеллекта.
«Мемристорный SoC — это результат более чем десятилетних исследований в области нового аппаратного обеспечения для искусственного интеллекта (ИИ)», — говорят авторы.
«Наш путь пролегал от разработки высокопроизводительных мемристоров до проектирования интегральных микросхем, совместимых с коммерческими литейными производствами, и, в конечном счете, до коммерциализации мемристорного оборудования для искусственного интеллекта и коммуникаций следующего поколения. Система на кристалле продемонстрировала скорость обработки данных и энергоэффективность, на порядок превосходящие показатели обычных микросхем для обработки данных с датчиков».
Новая интегральная схема, разработанная исследователями, напрямую обрабатывает аналоговые сигналы, хранящиеся в мемристорах, извлекая встроенную информацию и надёжно классифицируя важные сигналы, подобно тому, как мозг извлекает ценную информацию. Команда провела серию тестов мемристорной системы на кристалле и обнаружила, что она может обрабатывать радиочастотные сигналы с малой задержкой, а также с минимальным энергопотреблением.
«Такой подход обеспечивает сверхнизкую задержку и энергоэффективную обработку сигналов непосредственно на периферийных устройствах», — объяснили авторы. «Архитектура обработки радиочастотных сигналов распределяет задачи по обработке сигналов и выводу данных из нейронной сети между десятью вычислительными ядрами, поддерживаемыми полностью интегрированной периферийной схемой на кристалле.
Сообщение Разработана система на кристалле на мемристорах для обработки аналоговых радиочастотных сигналов появились сначала на Время электроники.