Chip "Não Vi Sóng" Ra Đời

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Cornell (Mỹ) đã phát triển một vi mạch tiêu thụ ít năng lượng, được gọi là "Não Vi Sóng", là bộ xử lý đầu tiên có khả năng đồng thời xử lý tín hiệu dữ liệu siêu nhanh và tín hiệu truyền thông không dây bằng cách ứng dụng nguyên lý vật lý vi sóng. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Electronics số mới nhất.

Chip này có thể thực hiện tính toán miền tần số trong thời gian thực với công suất dưới 200 milliwatt, phù hợp cho các nhiệm vụ như giải mã tín hiệu vô tuyến, theo dõi mục tiêu radar và xử lý dữ liệu số tốc độ cao. Nhà phát triển chính cho biết, nhờ khả năng điều chế tín hiệu vi sóng tức thời và lập trình được trên dải tần rộng, chip có thể linh hoạt ứng dụng trong nhiều tình huống tính toán khác nhau. Thiết kế này bỏ qua các bước tiền xử lý và chuyển đổi tín hiệu phức tạp mà máy tính số truyền thống cần, từ đó nâng cao đáng kể hiệu suất.

Khả năng đột phá này bắt nguồn từ kiến trúc mạng thần kinh của chính con chip. Lấy cảm hứng từ não bộ, mạng thần kinh này tạo ra các mẫu kết nối phức tạp thông qua bộ dẫn sóng có thể điều chỉnh, giúp nhận diện mẫu và học từ dữ liệu. Khác với mạng thần kinh truyền thống phụ thuộc vào đồng bộ hóa xung nhịp và thực thi lệnh số tuần tự, chip này hoạt động ở chế độ tương tự trong dải vi sóng, tận dụng hành vi vật lý phi tuyến để xử lý trực tiếp tín hiệu. Nó có thể xử lý luồng dữ liệu lên tới hàng chục gigahertz, vượt xa tốc độ của hầu hết chip số hiện có.

Để đạt được điều này, nhóm nghiên cứu đã loại bỏ nhiều nguyên tắc thiết kế mạch truyền thống. Thay vì sao chép cấu trúc mạng thần kinh số, họ tạo ra một hệ thống giống "hệ hỗn loạn tần số có kiểm soát" nhưng vẫn đạt hiệu năng tính toán cao.

Chip có thể thực hiện cả phép tính logic cơ bản lẫn nhiệm vụ phức tạp như nhận diện chuỗi bit cụ thể hoặc tính toán giá trị nhị phân trong luồng dữ liệu tốc độ cao. Trong các bài toán phân loại liên quan đến nhiều loại tín hiệu không dây, nó đạt độ chính xác trên 88%—tương đương mạng thần kinh số truyền thống—nhưng chỉ tiêu thụ một phần nhỏ năng lượng và chiếm ít không gian hơn.

Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng trong hệ thống số truyền thống, độ phức tạp tăng đồng nghĩa với việc phải mở rộng mạch, tăng công suất và cơ chế sửa lỗi để duy trì độ chính xác. Trong khi đó, phương pháp mới dựa trên tính toán xác suất có thể duy trì độ chính xác cao cho cả nhiệm vụ đơn giản và phức tạp mà không làm tăng chi phí hệ thống.