در یک آزمایشگاه آرام دانشگاه کرنل، محققان به دهه‌ها سنت مدارهای دیجیتال پایان داده‌اند. نتیجه، یک تراشه سیلیکونی است که کمتر شبیه یک پردازنده مبتنی بر ساعت و بیشتر شبیه یک مغز زنده فکر می‌کند – با این تفاوت که به جای نورون‌ها، از پالس‌های کنترل‌شده انرژی مایکروویو استفاده می‌کند.

این پردازنده آزمایشی که «مغز مایکروویو» نامیده می‌شود، می‌تواند دو کار را همزمان انجام دهد: پردازش جریان‌های داده فوق‌سریع و برقراری ارتباط بی‌سیم، همه در ابعادی به اندازه کافی کوچک برای یک ساعت هوشمند. و این کار را تنها با ۲۰۰ میلی‌وات انجام می‌دهد، که کسری از توانی است که یک شبکه عصبی دیجیتال مشابه مصرف می‌کند.

نحوه کار

راز این فناوری در کنار گذاشتن رویکرد دیجیتال گام به گام است. تراشه‌های سنتی داده‌ها را از طریق گیت‌های منطقی باینری و همگام با یک ساعت پیش می‌برند. اما طراحی کرنل به جای آن، اطلاعات را از طریق موج‌برهای مایکروویو قابل تنظیم هدایت می‌کند و اجازه می‌دهد الگوها در زمان واقعی با سرعت ده‌ها گیگاهرتز و بدون هیچ انتظار یا گلوگاهی ظاهر و شناسایی شوند.

هر موج‌بر مانند یک «نورون فیزیکی» عمل می‌کند، جایی که دامنه، فاز و فرکانس سیگنال مایکروویو می‌تواند برای نمایش ویژگی‌های داده شکل داده شود. این ویژگی‌ها در حوزه آنالوگ با یکدیگر تعامل و تداخل می‌کنند و مجموعه‌ای غنی از الگوها را قبل از دیجیتالی شدن سیگنال تولید می‌کنند. این ترکیب و انتشار فیزیکی اساساً استخراج و تبدیل ویژگی‌ها را انجام می‌دهد که شبکه‌های دیجیتال معمولاً از طریق چندین لایه نرم‌افزاری به دست می‌آورند.

طراحی این تراشه، نوعی چارچوب هوش مصنوعی را مستقیماً در سخت‌افزار می‌سازد و از رفتار طبیعی مایکروویوها برای پردازش جریان‌های داده ورودی استفاده می‌کند. به جای ذخیره مقادیر در حافظه و انجام مکرر تعداد زیادی محاسبه، این شبکه مایکروویو خود بار سنگین را بر عهده می‌گیرد. اجزای کوچک قابل تنظیم – مانند تیونرهای الکترونیکی و شیفت‌دهنده‌های سیگنال – می‌توانند مسیرهای داخل تراشه را در لحظه تغییر دهند و به آن اجازه دهند بین وظایف مختلف هوش مصنوعی بدون نیاز به آموزش مجدد از ابتدا جابجا شود.

کاربردها

در آزمایش‌ها، این تراشه سیگنال‌های بی‌سیم را با دقت ۸۸ درصد یا بهتر طبقه‌بندی کرد که با عملکرد مدل‌های دیجیتال بسیار بزرگ‌تر مطابقت داشت. نکته مهم این است که این دقت در هر دو کار ساده و پیچیده ثابت ماند، بدون نیاز به مدارهای اضافی و تصحیح خطایی که سیستم‌های دیجیتال معمولاً به آن نیاز دارند.

از آنجا که این سخت‌افزار به طور طبیعی به تغییرات در رفتار سیگنال حساس است، کاربردهای آن فراتر از محاسبات هوش مصنوعی است. می‌تواند ناهنجاری‌ها را در ترافیک بی‌سیم رصد کند، اهداف راداری را ردیابی کند، یا کانال‌های رادیویی شلوغ را رمزگشایی کند. تیم تحقیقاتی معتقد است با اصلاحات بیشتر، این تراشه حتی می‌تواند در دستگاه‌های شخصی قرار گیرد و مدل‌های هوش مصنوعی محلی را بدون اتکا به سرورهای ابری اجرا کند.

«مغز مایکروویو» هنوز در مرحله نمونه اولیه است. با این حال، با حمایت دارپا (DARPA) و بنیاد ملی علوم (National Science Foundation)، تیم کرنل در حال حاضر روی مقیاس‌بندی و ادغام آن در سیستم‌های مایکروویو و دیجیتال موجود کار می‌کند. اگر آنها موفق شوند، مرز بین سخت‌افزار محاسباتی و ارتباطی ممکن است به زودی محو شود – و عصری را آغاز کند که پردازنده تلفن شما همان آنتن آن است و ساعت شما بدون نیاز به اتصال به خانه فکر می‌کند.