Инженеры из Корнеллского университета сделали значительный прорыв в области вычислительных технологий, представив первый в мире полностью интегрированный «микроволновый мозг» — уникальный кремниевый чип, способный одновременно обрабатывать огромные потоки данных и беспроводные сигналы, потребляя при этом менее 200 милливатт энергии. Этот инновационный устройство отличается от привычных цифровых систем тем, что использует физику микроволн и аналоговые процессы, что позволяет выполнять вычисления в реальном времени. Благодаря этому микроволновому мозгу становится возможным реализовать задачи, ранее доступные только высокопроизводительным компьютерам, такие как отслеживание объектов с помощью радаров, радиосигналов, а также обнаружение различных аномалий и неисправностей в системе.
Основная особенность разработки заключается в отказе от большинства промежуточных этапов, характерных для традиционных цифровых систем. «Наш чип мгновенно перенастраивается на разные частоты и выполняет сразу несколько вычислительных задач, что значительно ускоряет процессы и делает их более энергоэффективными», — рассказывает аспирант Бал Говинд, ведущий автор работы. Он также добавляет, что именно этот подход позволяет сохранять высокую точность обработки данных без необходимости внедрения дополнительных схем или увеличения затрат энергии.
Инновационная технология основывается на нейросети, реализованной через специально разработанные микроволновые волноводы, что создает нелинейные взаимодействия сигналов. Такой механизм позволяет системе распознавать закономерности, обучаться на данных и принимать решения быстрее, чем цифровые аналоги, работающие на тактовых частотах. В особенности важно то, что микроволновый чип обрабатывает потоки данных в диапазоне десятков гигагерц — значительно быстрее современных процессоров, что открывает новые горизонты для применения в различных сферах.
Тестовые испытания показали, что устройство достигает точности классификации свыше 88%, что сопоставимо с современными нейросетями, реализованными на цифровых платформах. При этом энергозатраты значительно ниже, а размеры схем — компактнее. Микроволновой мозг успешно справляется с как простыми логическими операциями, так и более сложными задачами, такими как распознавание последовательностей битов или анализ беспроводных сигналов в реальном времени.
Создатели отмечают, что благодаря высокой чувствительности и эффективности, разработка может получить широкое применение в системах безопасности, например, для обнаружения подозрительных сигналов или злоумышленных вмешательств в беспроводные сети. Также перспективным является использование этого чипа в носимых устройствах — умных часах, смартфонах и других гаджетах, позволяющих обрабатывать и анализировать данные прямо на устройстве без обращения к облачным сервисам. Это значительно повышает приватность и снижает задержки.
Несмотря на то, что текущие разработки находятся на экспериментальной стадии, ученые уверены в их масштабируемости и возможностях дальнейшего совершенствования. В будущем планируется повысить точность работы и интегрировать чип в сложные платформы, объединяющие цифровую и микроволновую технологии. Создатели уже ведут работу по снижению энергопотребления и увеличению универсальности устройства.
Данный проект поддерживается агентством DARPA, а также Национальным научным фондом США, что говорит о высокой научной и стратегической ценности инновации. В будущем можно ожидать, что такие микроволновые нейросети найдут применение в областях связи, навигации, беспилотных систем, а также в области национальной безопасности и автоматизированных систем мониторинга. Это может стать фундаментом для следующего поколения вычислительных устройств, где аналоговые и микроволновые технологии сосуществуют и дополняют друг друга, позволяя создавать более быстрые, энергоэффективные и интеллектуальные системы.
