Los circuitos híbridos pueden aumentar el poder computacional de los sistemas basados en el caos

Una nueva investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte ha descubierto que la combinación de componentes digitales y analógicos en circuitos integrados no lineales basados en el caos puede mejorar su potencia computacional al permitir el procesamiento de una mayor cantidad de entradas. Este enfoque de "lo mejor de ambos mundos" podría conducir a circuitos que puedan realizar más cálculos sin aumentar su tamaño físico.

Los científicos y diseñadores informáticos están luchando por mantenerse al día con la ley de Moore, que establece que el número de transistores en un circuito integrado se duplicará cada dos años para satisfacer las demandas de procesamiento. Están alcanzando rápidamente los límites de la física en términos de tamaño de transistores: no es posible seguir reduciendo los transistores para que quepan más en un chip.

Basado en el caos, no lineal circuitos Se han propuesto como solución al problema, ya que un circuito puede realizar múltiples cálculos en lugar del diseño actual de "un circuito, una tarea". Sin embargo, la cantidad de entradas que se pueden procesar en la computación basada en el caos está limitada por ruido ambiental, lo que disminuye la precisión. Ambiente ruido se refiere a fluctuaciones aleatorias de la señal que pueden ser causadas por variaciones de temperatura, fluctuaciones de voltaje o defectos de semiconductores.

"El ruido siempre ha sido un gran problema en casi todas las aplicaciones de ingeniería, incluidos los dispositivos informáticos y las comunicaciones", dice Vivek Kohar, investigador postdoctoral en NC State y autor principal de un artículo que describe el trabajo. "Nuestro sistema no es lineal y, por lo tanto, el ruido puede ser aún más problemático".

Para abordar el problema, los investigadores crearon un sistema híbrido que utiliza un bloque digital de puertas AND y un circuito analógico no lineal para distribuir el cálculo entre las puertas digitales y circuitos analogicos. El resultado es una reducción exponencial del tiempo de cálculo, lo que significa que la salida se puede medir mientras las desviaciones basadas en el ruido aún son pequeñas. En resumen, los cálculos se realizan tan rápido que el ruido no tiene tiempo de afectar su precisión.

Para mejorar aún más la precisión, la solución propuesta por Kohar y sus colegas combina múltiples sistemas. Este acoplamiento proporciona una red de seguridad que reduce el efecto de las desviaciones basadas en el ruido en la etapa final.

"Piense en el montañismo", dice Kohar. “Los escaladores pueden escalar individualmente pero si uno resbala puede tener una caída peligrosa. Entonces usan cuerdas para conectarlos entre sí. Si uno resbala, los demás evitarán su caída. Nuestro sistema es algo así, donde todos los sistemas están conectados entre sí todo el tiempo.

“Los sistemas están ajustados de tal manera que en el momento de la medición, nuestro sistema está en los máximos o mínimos: los puntos donde los efectos del ruido son bajos en general y mucho menores si los sistemas están acoplados. Considerando nuevamente el ejemplo del montañismo, esto significa que tomamos los promedios de los escaladores cuando se encuentran en lugares de descanso como la cima o un valle, donde las distancias entre ellos son más pequeñas”.

La investigación aparece en Revisión Física Aplicada.