2 月 26 日消息，美國麻省理工學(xué)院領(lǐng)銜的科學(xué)家團隊開發(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)電路會議上宣讀。
該芯片使用了麻省理工之前開發(fā)的通用解碼算法，可以破譯任何編碼信號，解碼數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)技術(shù)更簡單、更快，能耗僅為其他類似硬件的 1% 到 10%，或者是說性能比其他硬件高 10 到 100 倍，可廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實和 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，“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(tǒng)內(nèi)部傳輸 1bit 所需的能量大致相同。這是一個意義重大的象征性門檻，但它也改變了接收器的平衡，從能量的角度來看，這可能是最緊迫的部分 —— 我們可以將其從解碼器轉(zhuǎn)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、時任梅努斯大學(xué)漢密爾頓研究所所長，現(xiàn)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之家這里簡單科普一下，大家常見的數(shù)據(jù)都是以比特 (0 或 1) 的形式進行傳輸，而發(fā)送方需要通過對數(shù)據(jù)進行編碼并在數(shù)據(jù)末尾添加糾錯碼。這里說的糾錯碼也是一個由 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(shè)計的一種驗證方案，它將通過特定的密碼本和哈希結(jié)構(gòu)來檢索可能已經(jīng)被混淆的原始信息。而通常情況下，每個算法都是基于特定代碼的，而且大多數(shù)算法都需要專用的硬件，所以一個設(shè)備需要許多芯片來解碼不同的數(shù)據(jù)。
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?shù)脑肼暎缓笾苯訌慕邮盏降臄?shù)據(jù)中消去噪聲，然后檢查密碼本中剩余的內(nèi)容。它會按照可能出現(xiàn)的順序猜測一系列噪音模式。
實際上，我們接收到的數(shù)據(jù)通常帶有可靠性信息，也被稱為軟信息，它可以幫助解碼器找出哪些部分是錯誤的。
據(jù)悉，這種新的解碼芯片被稱為 ORBGRAND (Ordered Reliability Bits GRAND)，它可以使用這種軟信息來根據(jù)每個比特中出錯的可能性對數(shù)據(jù)進行排序。但實際上，這其實不會像排序單個比特那么簡單。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(tǒng)計模型，可以以這種方式對比特進行排序，因為多個比特放在一起可能和單個比特一樣會出現(xiàn)錯誤。
“如果你的車在半路拋錨了，軟信息可能會告訴你是電池的緣故導(dǎo)致。但如果不僅僅是電池，例如電池和發(fā)動機同時出問題的話就很麻煩了”，Médard 說，而這是一個會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，但你會從最容易出錯的地方開始排查，然后再往下看，最終才能發(fā)現(xiàn)一些不太可能發(fā)生的事情。
他們認為，這是一種比傳統(tǒng)解碼器更有效的方法。據(jù)悉，傳統(tǒng)解碼器只會關(guān)注代碼結(jié)構(gòu)，而且它通常都是為最壞情況而設(shè)計的。“使用傳統(tǒng)的解碼器，你得拿出汽車的設(shè)計圖，然后檢查每一個部件，雖然最終也會發(fā)現(xiàn)問題所在，但這將花費你很長時間”，Médard 解釋道。
據(jù)介紹，只要找到一個關(guān)鍵代碼，ORBGRAND 就會停止排序，而這通常都會很快。此外，該芯片還采用了并行化的邏輯，可以同時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行比較時，ORBGRAND 以最高準確度解碼時每 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，ORBGRAND 的能耗只有其他設(shè)備的十分之一甚至百分之一。
Médard 說，開發(fā)芯片的最大挑戰(zhàn)之一就是降低能耗。而 ORBGRAND 現(xiàn)在非常節(jié)能，以至于研究人員以前沒有關(guān)注的其他過程(例如檢查密碼本中的碼字)消耗了大部分精力。
“現(xiàn)在，這個檢查過程就像打開汽車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做到這一點”，該團隊還在探索改變傳輸調(diào)制的方法，以便他們可以利用 ORBGRAND 芯片提高的效率。
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