MIT 推出可应用于AR/VR、5G和游戏领域的 GRAND 芯片

2021-09-22 13:28:01   来源:新浪VR

  麻省理工学院、梅努斯大学和波士顿大学的研究人员最近创造了第一个使用通用解码算法的硅芯片,该算法被称为GRAND(又称猜测随机添加噪声解码),它可以更准确地解码任何代码,而不论其结构如何。

  据研究人员表示,GRAND 已经消除了对多个计算复杂的解码器的需求。该芯片实现了更高的效率,可应用于增强和虚拟现实(AR/VR)、5G网络、游戏和连接设备,以最小的延迟处理大量数据。

  在巴特尔纪念研究所和爱尔兰科学基金会的支持下,这项研究预计将在本周举行的欧洲固态设备研究和电路会议(ESSCIRC ESSDERC)上发表。

  噪声如何阻碍数据传输

  在互联网上传播的每一条信息,从电子邮件中的段落到虚拟现实环境中的3D图形,都可能被沿途遇到的噪声所改变,例如来自微波或蓝牙设备的电磁干扰。通常情况下,数据被编码,以便当它们到达目的地时,解码算法可以消除该干扰的负面影响并检索出原始数据。

  一直以来,大多数纠错码和解码算法都是一起设计的。因此,每个代码都有一个与独特的、高度复杂的解码算法相对应的结构,这往往需要专用硬件。由于有了 GRAND,它消除了对多种复杂硬件组件的需求。

  为了理解 GRAND 的工作原理,让我们把这些代码看作是添加到原始数据末尾的冗余哈希值(1和0)。创建该哈希值的规则被存储在一个特定的编码本中。

  当编码数据在网络上传输时,它们会受到扰乱信号的噪音的影响,这种噪音通常由电子设备产生。因此,当它们(编码数据和影响它们的噪声)到达各自的目的地时,解码算法检查其编码本,并使用哈希的结构来猜测存储的信息是什么。

  GRAND 的工作方式是,它猜测影响信息的噪声,并使用噪声模式来推断原始信息。它按照可能出现的顺序生成一系列的噪声序列,从收到的数据中扣除,并审查是否有密码本中的密码字。

  这成为可能,因为噪声有一个特定的结构,允许算法猜测它可能是什么,尽管噪声看起来是随机的。麻省理工学院的研究人员 Muriel Médard 说,这类似于故障排除。

  她举了一个汽修厂的例子,说:“如果有人把他们的车带到汽修厂,汽修师不会从把整个汽车映射到蓝图开始。相反,他们开始问--最可能出问题的是什么?也许它只是需要加油。如果这都不行,下一步是什么?也许电池没电了。”

  GRAND芯片内部

  GRAND 芯片采用三层结构,包括第一级中最简单的可能解决方案,以及随后两级中更长、更复杂的噪声模式。因此,每个阶段单独运作,这增加了系统的吞吐量并节省了电力。

  另外,该设备被设计为在两个编码本之间无缝切换--一个破解编码,而另一个加载新的编码本,随后切换到解码,没有任何停机或延迟。

  就实验结果而言,研究人员发现 GRAND 芯片可以有效地解码任何长度为128比特的冗余码,只有大约一微秒的延时。

  此前,麻省理工学院的研究人员已经证明了该算法的成功。但是,通过最新的工作成果,他们已经成功地在硬件中展示了 GRAND 的有效性和效率。Médard 说,为这种新型解码算法开发硬件需要研究人员首先抛开他们的成见。

  她说,他们本可以出去重复使用已经在做的事情。但是,他们决定从头开始重新思考每一个方面。“Médard补充说:“这是一个重新考虑的过程。”

  接下来的工作

  由于 GRAND 使用密码本进行验证,所以研究人员认为该芯片不仅适用于传统的密码,而且可以用于甚至还没有被引入的密码。

  例如,在5G实施的情况下,电信供应商和监管机构努力寻找共同点,确定哪些代码需要在新网络中使用。不幸的是,监管机构往往倾向于在不同的场景下为5G基础设施选择传统编码。Médard说,利用 GRAND 可以帮助在未来消除对僵化的标准化的需求。

  此外,研究人员认为他们的芯片甚至可以开启新一轮的编码创新。她补充说:“我希望这将重塑讨论,使其不那么以标准为导向,使人们能够使用已经存在的代码并创造新的代码。”

  在未来几个月,研究人员计划用新版本的 GRAND 芯片解决围绕软检测的问题,因为在软检测中收到的数据不太准确。此外,他们还计划测试该芯片破解更长、更复杂代码的能力,并进一步调整硅芯片的结构,提高其能源效率。

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