Ученые-информатики и дизайнеры изо всех сил стараются не отставать от закона Мура, который гласит, что количество транзисторов в интегральной схеме будет удваиваться каждые два года, чтобы удовлетворить потребности обработки. Они быстро достигают пределов физики с точки зрения размера транзистора — невозможно продолжать сжимать транзисторы, чтобы уместить больше на микросхеме.В качестве решения проблемы были предложены основанные на хаосе нелинейные схемы, поскольку одна схема может выполнять несколько вычислений вместо нынешней схемы «одна схема, одна задача». Однако количество входных данных, которые могут быть обработаны в вычислениях на основе хаоса, ограничено окружающим шумом, что снижает точность.
Окружающий шум относится к случайным колебаниям сигнала, которые могут быть вызваны колебаниями температуры, колебаниями напряжения или дефектами полупроводников.«Шум всегда был большой проблемой почти во всех инженерных приложениях, включая вычислительные устройства и средства связи», — говорит Вивек Кохар, научный сотрудник NC State и ведущий автор статьи, описывающей эту работу. «Наша система нелинейна, поэтому шум может быть еще более проблематичным».Чтобы решить эту проблему, исследователи создали гибридную систему, которая использует цифровой блок логических элементов И и аналоговую нелинейную схему для распределения вычислений между цифровыми и аналоговыми схемами.
Результатом является экспоненциальное сокращение времени вычислений, что означает, что выходной сигнал может быть измерен, в то время как отклонения, основанные на шумах, все еще малы. Короче говоря, вычисления выполняются настолько быстро, что шум не успевает повлиять на их точность.
Для дальнейшего повышения точности Кохар и его коллеги предложили решение, объединяющее несколько систем. Эта муфта обеспечивает страховочную сетку, которая снижает влияние отклонений, связанных с шумом, на заключительной стадии.
«Подумайте об альпинизме, — говорит Кохар. «Альпинисты могут лазать индивидуально, но если один поскользнется, то он / она может упасть. Поэтому они используют веревки, чтобы связать их друг с другом. Если один поскользнется, другие предотвратят их падение.
Наша система в чем-то похожа на эту: все системы постоянно связаны друг с другом.«Системы настроены таким образом, что во время измерения наша система находится в максимуме или минимуме — точках, где влияние шума в целом низкое и намного ниже, если системы соединены друг с другом. Рассмотрим пример альпинизма опять же, это означает, что мы берем средние значения альпинистов, когда они находятся в местах отдыха, таких как вершина или долина, где расстояния между ними наименьшие ».