Hybride kredsløb kan øge regnekraften i kaos-baserede systemer

Ny forskning fra North Carolina State University har fundet ud af, at kombination af digitale og analoge komponenter i ikke-lineære, kaos-baserede integrerede kredsløb kan forbedre deres beregningsevne ved at muliggøre behandling af et større antal input. Denne "det bedste fra begge verdener"-tilgang kan føre til kredsløb, der kan udføre flere beregninger uden at øge deres fysiske størrelse.

Dataloger og designere kæmper for at holde trit med Moores lov, som siger, at antallet af transistorer på et integreret kredsløb fordobles hvert andet år for at imødekomme behandlingskravene. De når hurtigt fysikkens grænser med hensyn til transistorstørrelse - det er ikke muligt at fortsætte med at krympe transistorerne for at passe mere på en chip.

Kaos-baseret, ikke-lineære kredsløb er blevet foreslået som en løsning på problemet, da et kredsløb kan udføre flere beregninger i stedet for det nuværende "et kredsløb, one task" design. Men antallet af input, der kan behandles i kaos-baseret computing, er begrænset af omgivende støj, hvilket forringer nøjagtigheden. Omgivende støj refererer til tilfældige signaludsving, der kan være forårsaget af temperaturvariationer, spændingsudsving eller halvlederfejl.

"Støj har altid været et stort problem i næsten alle tekniske applikationer, inklusive computerenheder og kommunikation, " siger Vivek Kohar, postdoc-forsker ved NC State og hovedforfatter på et papir, der beskriver arbejdet. "Vores system er ikke-lineært, så støj kan være endnu mere problematisk."

For at løse problemet, forskerne skabte et hybridsystem, som bruger en digital blok af OG-porte og et analogt ikke-lineært kredsløb til at fordele beregningen mellem de digitale og analoge kredsløb. Resultatet er en eksponentiel reduktion i beregningstid, hvilket betyder, at outputtet kan måles, mens de støjbaserede afvigelser stadig er små. Kort sagt, beregningerne udføres så hurtigt, at støj ikke når at påvirke deres nøjagtighed.

For yderligere at forbedre nøjagtigheden, Kohar og hans kollegers foreslåede løsning kobler flere systemer. Denne kobling giver et sikkerhedsnet, der reducerer effekten af ​​støjbaserede afvigelser i slutfasen.

"Tænk på bjergbestigning, " siger Kohar. "Klatrerne kan klatre individuelt, men hvis en glider, kan han/hun få et farligt fald. Så de bruger reb til at forbinde dem med hinanden. Hvis man glider, de andre vil forhindre deres fald. Vores system er lidt som dette, hvor alle systemerne er forbundet med hinanden hele tiden.

"Systemerne er indstillet på en sådan måde, at der på målingstidspunktet, vores system er på maksima eller minima - de punkter, hvor effekterne af støj generelt er lave og meget lavere, hvis systemerne er koblet sammen. I betragtning af eksemplet med bjergbestigning igen, det betyder, at vi tager gennemsnittet af klatrere, når de er på hvilesteder som f.eks. toppen eller i en dal, hvor afstanden mellem dem er mindst."

Forskningen vises i Fysisk gennemgang anvendt .