Инженеры из Корнеллского университета разработали первый в мире полностью интегрированный «микроволновый мозг» — кремниевый чип, способный одновременно обрабатывать высокоскоростные данные и беспроводные сигналы, при этом потребляя менее 200 милливатт энергии. Используя принципы физики микроволн и аналоговые процессы, этот чип, в отличие от традиционных цифровых систем, позволяет осуществлять вычисления в реальном времени, например, отслеживать объекты с помощью радара, декодировать радиосигналы и выявлять отклонения.
Ключевым преимуществом новой разработки является устранение значительной части этапов, которые традиционно необходимы цифровым компьютерам. «Чип способен моментально адаптироваться к различным частотам и выполнять множество вычислений одновременно», — отметил ведущий автор исследования, аспирант Бал Говинд. Это позволяет достигать высокой точности без использования дополнительных схем и потребления избыточной энергии.
Устройство основано на нейронной сети, но реализовано с использованием уникальных микроволновых волноводов. Эти структуры обеспечивают нелинейное взаимодействие сигналов, что позволяет выявлять закономерности и адаптироваться на основе данных. В отличие от цифровых нейронных сетей, функционирующих последовательно с заданной тактовой частотой, микроволновый чип обрабатывает информацию со скоростью в десятки гигагерц, что превышает производительность большинства современных процессоров.
Чип демонстрирует точность не менее 88% при классификации беспроводных сигналов, что сопоставимо с показателями цифровых нейронных сетей, но достигается при значительно меньшем энергопотреблении и занимаемой площади схемы. Он способен выполнять как базовые логические операции, так и сложные задачи, такие как распознавание последовательностей битов в потоке данных.
Благодаря высокой чувствительности устройство представляет интерес для систем безопасности, в частности, для обнаружения аномальных сигналов в беспроводных сетях. В будущем, с уменьшением энергопотребления, оно сможет применяться в носимых гаджетах, таких как умные часы и смартфоны, обеспечивая обработку данных и создание моделей непосредственно на устройстве, что позволит отказаться от постоянного обращения к облачным сервисам.
В настоящее время работа находится на экспериментальной стадии, однако специалисты уверены в возможности её расширения. На данном этапе они изучают способы повышения точности и включения чипа в действующие цифровые и микроволновые системы. Данное исследование было осуществлено при финансовой поддержке агентства DARPA и Национального научного фонда США.