Les circuits hybrides peuvent augmenter la puissance de calcul des systèmes basés sur le chaos

Une nouvelle recherche de l'Université d'État de Caroline du Nord a révélé que la combinaison de composants numériques et analogiques dans des circuits intégrés non linéaires basés sur le chaos peut améliorer leur puissance de calcul en permettant le traitement d'un plus grand nombre d'entrées. Cette approche du « meilleur des deux mondes » pourrait conduire à des circuits capables d’effectuer davantage de calculs sans augmenter leur taille physique.

Les informaticiens et les concepteurs ont du mal à suivre la loi de Moore, selon laquelle le nombre de transistors sur un circuit intégré doublera tous les deux ans afin de répondre aux demandes de traitement. Ils atteignent rapidement les limites de la physique en termes de taille des transistors : il n'est pas possible de continuer à réduire les transistors pour en tenir davantage sur une puce.

Basé sur le chaos, non linéaire circuits ont été proposés comme solution au problème, car un circuit peut effectuer plusieurs calculs au lieu de la conception actuelle « un circuit, une tâche ». Cependant, le nombre d'entrées pouvant être traitées dans le calcul basé sur le chaos est limité par bruit ambiant, ce qui diminue la précision. Ambiant bruit fait référence aux fluctuations aléatoires du signal qui peuvent être causées par des variations de température, des fluctuations de tension ou des défauts de semi-conducteurs.

"Le bruit a toujours été un gros problème dans presque toutes les applications d'ingénierie, y compris les appareils informatiques et les communications", déclare Vivek Kohar, chercheur postdoctoral à NC State et auteur principal d'un article décrivant le travail. "Notre système n'est pas linéaire et le bruit peut donc être encore plus problématique."

Pour résoudre le problème, les chercheurs ont créé un système hybride qui utilise un bloc numérique de portes ET et un circuit analogique non linéaire pour répartir le calcul entre le numérique et le numérique. circuits analogiques. Le résultat est une réduction exponentielle du temps de calcul, ce qui signifie que le résultat peut être mesuré alors que les écarts basés sur le bruit sont encore faibles. Bref, les calculs sont effectués si rapidement que le bruit n'a pas le temps d'altérer leur précision.

Pour améliorer encore la précision, la solution proposée par Kohar et ses collègues couple plusieurs systèmes. Ce couplage fournit un filet de sécurité qui réduit l'effet des écarts liés au bruit au stade final.

« Pensez à l'alpinisme », explique Kohar. « Les grimpeurs peuvent grimper individuellement, mais si l'un d'entre eux glisse, il risque de faire une chute dangereuse. Ils utilisent donc des cordes pour les relier entre eux. Si l’un glisse, les autres empêcheront leur chute. Notre système ressemble un peu à ceci, où tous les systèmes sont connectés les uns aux autres en permanence.

« Les systèmes sont réglés de telle manière qu'au moment de la mesure, notre système est au maximum ou au minimum – les points où les effets du bruit sont faibles en général et beaucoup plus faibles si les systèmes sont couplés. En reprenant l’exemple de l’alpinisme, cela signifie que nous prenons les moyennes des alpinistes lorsqu’ils se trouvent dans des lieux de repos comme le sommet ou dans une vallée, là où les distances entre eux sont les plus petites.

La recherche apparaît dans Examen physique appliqué.