Mạch lai có thể tăng sức mạnh tính toán của các hệ thống dựa trên hỗn loạn

Nghiên cứu mới của Đại học bang North Carolina đã phát hiện ra rằng việc kết hợp các thành phần kỹ thuật số và analog trong các mạch tích hợp phi tuyến, dựa trên hỗn loạn có thể cải thiện sức mạnh tính toán của chúng bằng cách cho phép xử lý số lượng đầu vào lớn hơn. Cách tiếp cận “tốt nhất của cả hai thế giới” này có thể dẫn đến các mạch có thể thực hiện nhiều phép tính hơn mà không cần tăng kích thước vật lý của chúng.

Các nhà khoa học và nhà thiết kế máy tính đang nỗ lực theo kịp định luật Moore, trong đó nêu rõ số lượng bóng bán dẫn trên một mạch tích hợp sẽ tăng gấp đôi sau mỗi hai năm để đáp ứng nhu cầu xử lý. Họ đang nhanh chóng đạt đến giới hạn vật lý về kích thước bóng bán dẫn – không thể tiếp tục thu nhỏ các bóng bán dẫn để vừa với nhiều bóng bán dẫn hơn trên một con chip.

Dựa trên sự hỗn loạn, phi tuyến tính Chu trình đã được đề xuất như một giải pháp cho vấn đề này, vì một mạch có thể thực hiện nhiều phép tính thay vì thiết kế “một mạch, một nhiệm vụ” hiện tại. Tuy nhiên, số lượng đầu vào có thể được xử lý trong tính toán dựa trên hỗn loạn bị giới hạn bởi tiếng ồn xung quanh, làm giảm độ chính xác. Môi trường xung quanh tiếng ồn đề cập đến sự dao động tín hiệu ngẫu nhiên có thể do sự thay đổi nhiệt độ, dao động điện áp hoặc lỗi bán dẫn gây ra.

Vivek Kohar, học giả nghiên cứu sau tiến sĩ tại NC State và là tác giả chính của bài báo mô tả công trình, cho biết: “Tiếng ồn luôn là một vấn đề lớn trong hầu hết các ứng dụng kỹ thuật bao gồm cả thiết bị máy tính và truyền thông”. “Hệ thống của chúng tôi là phi tuyến tính và do đó tiếng ồn có thể còn gây ra nhiều vấn đề hơn nữa”.

Để giải quyết vấn đề, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một hệ thống lai sử dụng khối cổng AND kỹ thuật số và mạch phi tuyến tương tự để phân phối tính toán giữa cổng Digital và mạch tương tự. Kết quả là thời gian tính toán giảm theo cấp số nhân, nghĩa là có thể đo được đầu ra trong khi độ lệch dựa trên nhiễu vẫn còn nhỏ. Nói tóm lại, các phép tính được thực hiện nhanh đến mức nhiễu không có thời gian để ảnh hưởng đến độ chính xác của chúng.

Để cải thiện hơn nữa độ chính xác, giải pháp do Kohar và các đồng nghiệp đề xuất kết hợp nhiều hệ thống. Khớp nối này cung cấp một mạng lưới an toàn giúp giảm ảnh hưởng của độ lệch dựa trên tiếng ồn ở giai đoạn cuối.

Kohar nói: “Hãy nghĩ về việc leo núi. “Người leo núi có thể leo riêng lẻ nhưng nếu bị trượt thì có thể bị ngã nguy hiểm. Vì thế người ta dùng dây thừng để nối chúng lại với nhau. Nếu một người trượt, những người khác sẽ ngăn họ rơi. Hệ thống của chúng tôi giống như thế này, trong đó tất cả các hệ thống luôn được kết nối với nhau.

“Các hệ thống được điều chỉnh sao cho tại thời điểm đo, chúng tôi hệ thống là ở mức cực đại hoặc cực tiểu – những điểm mà ảnh hưởng của tiếng ồn nói chung là thấp và thấp hơn nhiều nếu các hệ thống được ghép nối. Xem xét lại ví dụ về hoạt động leo núi, điều này có nghĩa là chúng ta lấy giá trị trung bình của những người leo núi khi họ đang ở những vị trí nghỉ ngơi như đỉnh núi hoặc trong thung lũng, nơi khoảng cách giữa họ là nhỏ nhất.”

Nghiên cứu xuất hiện ở Đánh giá vật lý được áp dụng.