新芯片可以解码跨网络发送的任何类型的数据

猜测随机加性噪声译码

新的芯片芯片可以通过使用称为猜测随机添加剂噪声解码(Grand)的新颖算法来解码任何错误校正码。信用:何塞 - 路易斯奥利瓦尔斯,麻省理工学院,芯片由研究人员提供

新芯片消除了对特定解码硬件的需求,可以提高游戏系统、5G网络、物联网等的效率。

从电子邮件的段落到虚拟现实环境中的3D图形,在互联网上传播的每一段数据都可能被沿途遇到的噪音所改变,比如来自微波或蓝牙设备的电磁干扰。这些数据被编码,当它们到达目的地时,解码算法可以消除噪声的负面影响,并检索原始数据。

自20世纪50年代以来,大多数纠错码和解码算法已经设计在一起。每个代码具有与特定的高度复杂的解码算法相对应的结构,这通常需要使用专用硬件。

研究人员麻省理工学院现在,波士顿大学和爱尔兰梅诺斯大学已经制造出了第一个能够最大限度地解码任何代码的硅芯片,无论其结构如何准确性,使用一种称为猜测随机加性噪声译码(GRAND)的通用译码算法。通过消除对多个计算复杂解码器的需求,GRAND实现了更高的效率,可应用于增强现实和虚拟现实、游戏、5G网络以及依赖于以最小延迟处理大量数据的连接设备。

麻省理工学院的这项研究由电气工程和计算机科学系的塞西尔·h·格林和艾达·格林教授Muriel Médard领导,Amit Solomon和Wei Ann是麻省理工学院的研究生;波士顿大学电子与计算机工程助理教授Rabia Tugce Yazicigil;Arslan Riaz和Vaibhav Bansal,都是波士顿大学的研究生;梅努斯爱尔兰国立大学汉密尔顿研究所(Hamilton Institute at the National University at Maynooth)主任肯·r·达菲(Ken R. Duffy);以及梅诺斯大学的研究生凯文·加利根。这项研究将在下周举行的欧洲固体器件研究和电路会议上公布。

关注噪音

将这些代码视为添加到原始数据末尾的冗余散列(在本例中,是一系列1和0)。创建该散列的规则存储在特定的码本中。

当编码数据在网络中传输时,它们会受到干扰信号的噪声或能量的影响,而这些信号通常是由其他电子设备产生的。当编码数据和影响它们的噪声到达目的地时,解码算法查阅其码本,并使用哈希的结构来猜测存储的信息是什么。

相反,通过猜测影响消息的噪声,并使用噪声模式来推断出原始信息的响亮。宏伟在它们可能发生的顺序中生成一系列噪声序列,从收到的数据中减去它们,并检查结果是否在码本中。

虽然噪声在本质上看起来是随机的,但它有一个概率结构,允许算法猜测它可能是什么。

“在某种程度上,它类似于故障排除。如果有人将他们的车带入商店,机械师无法通过将整车映射到蓝图来开始。相反,他们首先询问,“出错的事情是什么?”也许它只是需要天然气。如果这不起作用,下一步是什么?也许电池已经死了?“梅德尔说。

新的硬件

GRAND芯片采用三层结构,在第一阶段采用最简单的解决方案,在随后的两个阶段采用更长更复杂的噪声模式。每一级独立运行,增加了系统的吞吐量并节省了电力。

该设备还设计用于在两个码本之间无缝切换。它包含两个静态随机存取存储器芯片,一个可以破解码字,而另一个加载新的码本,然后在没有任何停机时间的情况下切换到解码。

研究人员测试了GRAND芯片,发现它可以有效解码长度不超过128位的适度冗余代码,而延迟时间仅为1微秒。

Médard和她的合作者此前已经证明了该算法的成功,但这次的新工作首次在硬件上展示了GRAND的有效性和效率。

Médard说,为这种新型解码算法开发硬件需要研究人员首先抛弃他们先入为出的观念。

“我们不能走出去重复使用已经完成的东西。这就像一个完整的白板。我们必须从零开始真正思考每一个组件。这是一个重新思考的过程。我认为,当我们做下一个芯片时,我们会意识到这第一个芯片是出于习惯或假设而做的我们可以做得更好,”她说。

未来的芯片

由于只有宏峰仅使用码本进行验证,因此芯片不仅适用于传统代码,而且还可以与尚未引入的代码一起使用。

在5G实施之前,监管机构和通信公司难以就新网络应使用哪些代码达成共识。监管机构最终选择在不同情况下为5G基础设施使用两种传统代码。Médard说,使用GRAND可以在未来消除对这种严格标准的需要。

GRAND芯片甚至可能开启编码领域的一波创新浪潮。

“出于我不太确定的原因,人们接近敬畏的人,就像它是黑魔法一样。这个过程是在数学上令人讨厌的,所以人们只是使用已经存在的代码。我希望这将重新讨论讨论,因此它不是如此标准导向,使人们能够使用已经存在并创建新代码的代码,“她说。

接下来,Médard和她的合作者计划用GRAND芯片的改造版本来解决软检测问题。在软检测中,接收到的数据不太精确。

他们还计划测试宏伟裂缝更长,更复杂的代码,并调整硅芯片结构以提高其能效。

这项研究由巴特尔纪念研究所和爱尔兰科学基金会资助。

4评论在“新芯片可以解码网络中发送的任何类型的数据”

  1. 回顾这篇会议论文将会很有趣,但更好的是看到作者被质疑它是如何工作的。我也想看看实际芯片的照片,不是说它会揭示很多。这里也有一些非常伟大的主张。

    FWIW我曾经设计过一些固定功能ECC编解码器,所以我也很兴趣。有时巨大的突破发生在数学中的实体基础,例如60s中的FFT,然后小波,维特比算法和许多其他人,所以覆盖所有基地的单个硬件的想法并不听起来很合理,但嘿麻省理工学院是在那里。

  2. “……GRAND能够提高效率,可能有{“帮助”而不是“有”?在增强现实和虚拟现实领域的应用……”

  3. 创建clickbate标题的方法
    讨论

  4. 不,这是一个块代码,它不能随机解码它不明白的流,这是一种提高噪声频道信噪比的新方法

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