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來(lái)源：IT之家 美國麻省理工學(xué)院領(lǐng)銜的科學(xué)家團隊開(kāi)發(fā)出一種解碼器芯片。相關(guān)研究成果在正舉行的國際固態(tài)電路會(huì )議上宣讀。 該芯片使用了麻省理工之前開(kāi)發(fā)的通用解碼算法，可以破譯任何編碼信號，解碼數據比傳統技術(shù)更簡(jiǎn)單、更快，能耗僅為其他類(lèi)似硬件的 1% 到 10%，或者是說(shuō)性能比其他硬件高 10 到 100 倍，可廣泛應用于虛擬現實(shí)和 5G 網(wǎng)絡(luò )等對功耗苛刻的領(lǐng)域。 科學(xué) NEC 軟件科學(xué)與工程教授，電氣工程與計算機科學(xué)系教授 Muriel Médard 介紹說(shuō)，“這是第一次有人突破了 1 皮焦耳每比特的解碼大關(guān)。這與您在系統內部傳輸 1bit 所需的能量大致相同。這是一個(gè)意義重大的象征性門(mén)檻，但它也改變了接收器的平衡，從能量的角度來(lái)看，這可能是最緊迫的部分 —— 我們可以將其從解碼器轉移到其他部分”。 除 Médard 外，此次論文共同作者還包括波士頓大學(xué)的研究生 Arslan Riaz、波士頓大學(xué)電氣與計算機工程助理教授 Rabia Tugce Yazicigil、時(shí)任梅努斯大學(xué)漢密爾頓研究所所長(cháng)，現任東北大學(xué)教授的 Ken R. Duffy，以及麻省理工學(xué)院、波士頓大學(xué)和梅努斯大學(xué)的其他學(xué)者。 IT之家這里簡(jiǎn)單科普一下，大家常見(jiàn)的數據都是以比特 (0 或 1) 的形式進(jìn)行傳輸，而發(fā)送方需要通過(guò)對數據進(jìn)行編碼并在數據末尾添加糾錯碼。這里說(shuō)的糾錯碼也是一個(gè)由 0 和 1 組成的冗余字符串，可以視為哈希驗證所需信息。這串信息通常會(huì )保存在特定的密碼本中，而接收端的解碼算法正是為這種特殊的密碼而設計的一種驗證方案，它將通過(guò)特定的密碼本和哈希結構來(lái)檢索可能已經(jīng)被混淆的原始信息。而通常情況下，每個(gè)算法都是基于特定代碼的，而且大多數算法都需要專(zhuān)用的硬件，所以一個(gè)設備需要許多芯片來(lái)解碼不同的數據。 研究人員此前演示了一種可以破解任何代碼的通用解碼算法 ——GRAND (猜測隨機加性噪聲解碼)，其工作原理是猜測影響信息傳輸的噪聲，然后直接從接收到的數據中消去噪聲，然后檢查密碼本中剩余的內容。它會(huì )按照可能出現的順序猜測一系列噪音模式。 實(shí)際上，我們接收到的數據通常帶有可靠性信息，也被稱(chēng)為軟信息，它可以幫助解碼器找出哪些部分是錯誤的。 據悉，這種新的解碼芯片被稱(chēng)為 ORBGRAND (Ordered Reliability Bits GRAND)，它可以使用這種軟信息來(lái)根據每個(gè)比特中出錯的可能性對數據進(jìn)行排序。但實(shí)際上，這其實(shí)不會(huì )像排序單個(gè)比特那么簡(jiǎn)單。雖然最不可靠的部分可能是最明顯的錯誤，但第三和第四不可靠部分加在一起可能與第七部分一樣都是錯的。而 ORBGRAND 在這里使用了一種新的統計模型，可以以這種方式對比特進(jìn)行排序，因為多個(gè)比特放在一起可能和單個(gè)比特一樣會(huì )出現錯誤。 “如果你的車(chē)在半路拋錨了，軟信息可能會(huì )告訴你是電池的緣故導致。但如果不僅僅是電池，例如電池和發(fā)動(dòng)機同時(shí)出問(wèn)題的話(huà)就很麻煩了”，Médard 說(shuō)，而這是一個(gè)會(huì )理性思考的人如何做的 —— 雖然可能是這兩大部分一起發(fā)生故障，但你會(huì )從最容易出錯的地方開(kāi)始排查，然后再往下看，最終才能發(fā)現一些不太可能發(fā)生的事情。 他們認為，這是一種比傳統解碼器更有效的方法。據悉，傳統解碼器只會(huì )關(guān)注代碼結構，而且它通常都是為最壞情況而設計的�！笆褂脗鹘y的解碼器，你得拿出汽車(chē)的設計圖，然后檢查每一個(gè)部件，雖然最終也會(huì )發(fā)現問(wèn)題所在，但這將花費你很長(cháng)時(shí)間”，Médard 解釋道。 據介紹，只要找到一個(gè)關(guān)鍵代碼，ORBGRAND 就會(huì )停止排序，而這通常都會(huì )很快。此外，該芯片還采用了并行化的邏輯，可以同時(shí)生成和測試多種噪聲模式，從而更快地找到這種關(guān)鍵代碼。 當他們將這種方法與其他芯片進(jìn)行比較時(shí)，ORBGRAND 以最高準確度解碼時(shí)每 bit 僅消耗 0.76 皮焦耳的能量，一舉打破了之前的性能 / 能耗記錄。這也意味著(zhù)，ORBGRAND 的能耗只有其他設備的十分之一甚至百分之一。 Médard 說(shuō)，開(kāi)發(fā)芯片的最大挑戰之一就是降低能耗。而 ORBGRAND 現在非常節能，以至于研究人員以前沒(méi)有關(guān)注的其他過(guò)程（例如檢查密碼本中的碼字）消耗了大部分精力。 “現在，這個(gè)檢查過(guò)程就像打開(kāi)汽車(chē)去看看它是否工作一樣，是最難的部分。因此，我們需要找到更有效的方法來(lái)做到這一點(diǎn)”，該團隊還在探索改變傳輸調制的方法，以便他們可以利用 ORBGRAND 芯片提高的效率。 |
