Создан новый чип, позволяющий декодировать любой сигнал

Новый чип устраняет необходимость в специальном оборудовании для декодирования, может повысить эффективность игровых экосистем, сетей 5G, Интернета вещей и многого другого.

Каждый фрагмент данных, который передается по Интернету: от текста в этой статье до трехмерной графики в игре – может быть изменен шумом, с которым они сталкиваются в пути, например, электромагнитными помехами от микроволновой печи или Bluetooth. Данные кодируются так, что, когда они прибывают в пункт назначения, алгоритм декодирования может устранить негативные эффекты этого шума и восстановить исходные данные. Это поможет вам получать более качественный сигнал без потери пакетов данных, а значит меньший пинг в играх, например.

Исследователи из Массачусетского технологического института, Бостонского университета и Университета Мейнута в Ирландии создали первый кремниевый чип, способный декодировать любой код, независимо от его структуры, с максимальной точностью, используя универсальный алгоритм декодирования под названием Guessing Random Additive Noise Decoding (GRAND). Один из способов представить эти коды – это как избыточные хэши, добавленные в конец исходных данных. Правила создания этого хэша хранятся в электронной кодовой книги.

Когда эти закодированные данные и шум, который на них повлиял, прибывают в конечный пункт назначения, алгоритм декодирования обращается к своей кодовой книге и использует структуру хэша, чтобы угадать, что это за сохраненная информация. Вместо выполнения этих операций GRAND угадывает шум, повлиявший на сообщение, и использует шаблон шума для предоставления исходной информации. GRAND генерирует серию шумовых последовательностей в том порядке, в котором они могут возникать, вычитает их из полученных данных и проверяет, есть ли полученное кодовое слово в кодовой книге. Хотя шум кажется случайным по своей природе, он имеет вероятностную структуру, которая позволяет алгоритму угадывать, что это может быть.

В чипе GRAND используется трехуровневая структура. Анализ начинается с простейших возможных решений на первом этапе и заканчивая более длинными и сложными шумами на двух последующих этапах. Каждая ступень работает независимо, что увеличивает пропускную способность системы и экономит электроэнергию.

Устройство также предназначено для плавного переключения между двумя кодовыми книгами. Исследователи протестировали чип GRAND и обнаружили, что он может эффективно декодировать любой код умеренной избыточности длиной до 128 бит с задержкой всего около микросекунды. Исследователи также планируют проверить способность GRAND декодировать более длинные и сложные последовательности и корректировать структуру кремниевого чипа для повышения его энергоэффективности.

В преддверии внедрения сетей 5G регуляторы и коммуникационные компании изо всех сил пытались найти консенсус относительно того, какие коды следует использовать в новых сетях. В конечном итоге регулирующие органы предпочли использовать два типа кодификации для инфраструктуры 5G в разных ситуациях. По словам исследователей, использование GRAND может устранить необходимость в такой жесткой стандартизации в будущем.