首款“微波大脑”芯片问世

参考消息网8月18日报道据美国《科学日报》网站8月14日报道，美国康奈尔大学研究人员研制出了他们称为“微波大脑”的低功耗微芯片，这是第一款利用微波物理特性可同时实现超高速数据信号和无线通信信号运算的处理器。

根据14日发表在《自然—电子学》杂志上的论文介绍，该处理器是首例真正的微波神经网络，并被完全集成在一块微型硅芯片上。它能够进行实时频域计算以完成诸如无线电信号解码、雷达目标跟踪和数字数据处理等任务，而全部功率消耗不足200毫瓦。

论文第一作者、博士研究生巴尔·戈文德与同为博士研究生的麦克斯韦·安德森共同进行了这项研究。戈文德说：“因为它能够瞬时在宽频带范围内以可编程方式实现畸变，所以它可以被转用于执行多种计算任务。它绕过了数字计算机通常必须执行的大量信号处理步骤。”

这种能力来自该芯片的神经网络设计，即一种仿照大脑结构设计的计算机系统，它利用产生于可调谐波导的互连模式运行。

这使得它能够识别模式并且利用数据进行学习。但是与依赖于数字运算和时钟同步逐步指令的传统神经网络不同的是：这种神经网络利用的是微波频段中的模拟和非线性行为，从而使它能够每秒实时处理数十千兆的数据流，速度远快于大多数数字芯片。

与应用和工程物理学副教授彼得·麦克马洪共同担任论文资深作者的工程学教授阿莉萨·阿普泽尔说：“巴尔是在摒弃了许多常规电路设计方法后取得这一成果的。他并没有试图完全模仿数字神经网络的结构，而是创造了某种看起来更像是受控的混合频率行为结构，从而最终能够实现高性能计算。”

该芯片既能执行低级的逻辑功能，也能执行诸如在高速数据中识别比特序列或统计二进制数值等复杂任务。它在执行多项涉及无线信号类型的分类任务时达到了88%或更高的准确率，这一表现与数字神经网络相当，但消耗功率和体积仅为后者的一小部分。

戈文德说：“在传统数字系统中，随着任务变得愈加复杂，你需要更多电路、更多能耗和更多纠错运算来维持准确性。但是利用我们的概率化策略，我们能够在简单和复杂计算两个方向都保持高准确率，同时无需增加额外开销。”

研究人员表示，这种芯片对输入数据的极高敏感性将使它非常适合硬件安全应用，例如跨频段无线通信中的故障监测。

阿普泽尔说：“我们还认为，如果我们进一步降低能耗，我们可以把它用于边缘计算之类的应用中。你可以把它用在智能手表或手机上，从而在你的智能设备上构建本地模型，而不必凡事都依赖于云服务器。”

尽管该芯片目前仍处于实验阶段，但研究人员对于其可扩展性持乐观态度。

他们正在进行各种试验以便设法提高其准确率，并把它集成到现有的微波和数字处理平台中。（编译/曹卫国）