O przeprowadzonych badaniach piszą na łamach Science Advances. Dokonane postępy powinny zaprocentować w dziedzinie znanej jako edge computing, w której obliczenia i przechowywanie danych zachodzą bliżej źródeł danych. Badania prowadzone przez chińskich inżynierów wykorzystywały tzw. memrystor, który można określić mianem pojedynczej komórki pamięci. W toku eksperymentów członkowie zespołu badawczego wykorzystali memrystory do wykonywania mnożenia macierz-macierz-wektor. Tak powstał analogowy macierzowy obwód obliczeniowy, z wykorzystaniem którego możliwe jest odzyskiwanie skompresowanych danych w ciągu kilku mikrosekund.
Czytaj też: Fizycy w szoku! Kwantowe fluktuacje nagle znikają w dwuwymiarowym nadprzewodniku
Technologia ta jest bardzo istotna dla wielu różnych dziedzin, takich jak obrazowanie medyczne, komunikacja bezprzewodowa, śledzenie obiektów czy projektowanie kamer jednopikselowych. Dzięki odzyskiwaniu skompresowanych danych notuje się również zauważalny wzrost wydajności próbkowania.
Algorytmy wykorzystywane w takim odzyskiwaniu zazwyczaj mają bardzo skomplikowaną formę. Wynika to z faktu, że angażuje się je w złożone operacje macierz-macierz oraz punktowe funkcje nieliniowe. W konsekwencji zastosowanie takiej technologii wypada mało imponująco, gdy konieczne jest szybkie przetwarzanie sygnałów w czasie rzeczywistym. Dzięki dokonaniom chińskich naukowców może się to zmienić.
Skompresowane dane odzyskiwane w czasie rzeczywistym mogłyby doprowadzić do zastosowań w komunikacji czy medycynie
Autorzy dotychczasowych badań w tym zakresie wykorzystywali obliczenia analogowe, które miały być sposobem na przyspieszenie odzyskiwania danych, ale wysoka złożoność algorytmów stawała im na drodze do sukcesu. Azjatyccy naukowcy postawili więc na nieco odmienne podejście. Zaprojektowali analogowy moduł obliczeniowy w pamięci, który implementuje mnożenia macierz-macierz-wektor w jednym kroku, dzięki czemu można uniknąć wstępnych obliczeń mnożenia macierzy.
Następnie połączyli wspomniany moduł z komponentami analogowymi, aby utworzyć pętlę sprzężenia zwrotnego. Uzyskany w ten sposób obwód odwzorowuje lokalny algorytm konkurencyjny i pozwala na prowadzenie obliczeń w jednym kroku. Aby przetestować swój pomysł, Chińczycy stworzyli rezystancyjną matrycę pamięci w standardowym procesie półprzewodnikowym, a skompresowane dane przekonwertowali jako wejściowe sygnały napięciowe w obwodzie.
Czytaj też: Pierwsze takie obrazowanie w historii. Co dostrzegli badacze gazów szlachetnych?
Jak wykazały testy, szybkość nowego obwodu jest o 1-2 rzędy wielkości wyższa niż dotychczas. Obwód powinien też wykazywać się przydatnością wszędzie tam, gdzie konieczne będzie przetwarzanie w czasie rzeczywistym w skalach mikrosekundowych. Właśnie dlatego autorzy mówią o potencjalnych zastosowaniach w obrazowaniu medycznym bądź prowadzeniu komunikacji.
