編譯/VR陀螺

近日，美國(guó)麻省理工學(xué)院、梅努斯大學(xué)和波士頓大學(xué)的研究人員宣布創(chuàng)建了一個(gè)使用通用解碼算法的硅芯片，該算法被稱為GRAND（又稱猜測(cè)隨機(jī)加性干擾解碼），可以更準(zhǔn)確地解碼代碼，而不用管其結(jié)構(gòu)如何。

圖源：DIM

GRAND消除了對(duì)多個(gè)計(jì)算復(fù)雜的解碼器的需求。該芯片實(shí)現(xiàn)了高效率，可應(yīng)用于增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）、5G網(wǎng)絡(luò)、游戲和連接設(shè)備，這些設(shè)備能夠以較小的延遲處理大量數(shù)據(jù)。

在巴特爾紀(jì)念研究所和愛爾蘭科學(xué)基金會(huì)的支持下，這項(xiàng)研究預(yù)計(jì)將在本周舉行的歐洲固態(tài)設(shè)備研究和電路會(huì)議（ESSCIRC ESSDERC）上發(fā)表。

干擾如何阻礙數(shù)據(jù)傳輸

在互聯(lián)網(wǎng)上傳播的每一條信息，從電子郵件中的段落到虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的3D圖形，都可能被沿途遇到的干擾所改變，例如，來自微波或藍(lán)牙設(shè)備的電磁干擾。通常情況下，數(shù)據(jù)會(huì)被編碼，以便當(dāng)它們到達(dá)目的地時(shí)，解碼算法可以消除該干擾的負(fù)面影響并檢索出原始數(shù)據(jù)。

通常來說，大多數(shù)糾錯(cuò)碼和解碼算法都是一起設(shè)計(jì)的。因此，每個(gè)代碼都有一個(gè)與獨(dú)特的、高度復(fù)雜的解碼算法相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)，這往往需要專用硬件。但有了GRAND，就能消除對(duì)多種復(fù)雜硬件組件的需求。

為了理解GRAND的工作原理，讓我們把這些代碼看作是添加到原始數(shù)據(jù)末端的冗余哈希值（1和0），創(chuàng)建該哈希值的規(guī)則被存儲(chǔ)在一個(gè)特定的編碼簿中。

當(dāng)編碼數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)，它們會(huì)受到擾亂信號(hào)的干擾因素的影響，這種干擾通常由電子設(shè)備產(chǎn)生。因此，當(dāng)它們（編碼數(shù)據(jù)和影響它們的干擾因素）到達(dá)各自的目的地時(shí)，解碼算法會(huì)檢查其編碼本，并使用哈希的結(jié)構(gòu)來猜測(cè)存儲(chǔ)的信息是什么。

GRAND的工作方式是，它猜測(cè)影響信息的干擾，并使用干擾模式來推斷原始信息。它按照可能出現(xiàn)的順序生成一系列的干擾因素序列，并把它們從收到的數(shù)據(jù)中扣除，接著審查代碼是否在碼本中。

該算法之成為可能，是因?yàn)楦蓴_因素有一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)，允許算法猜測(cè)它可能是什么，盡管這些干擾因素看起來是隨機(jī)的。麻省理工學(xué)院的研究人員Muriel Médard解釋說，這類似于故障排除。

她舉了一個(gè)汽修廠的例子，并說道："如果有人把他們的車帶到汽修廠，汽修師不會(huì)把整個(gè)汽車映射到藍(lán)圖。相反，他們會(huì)開始問，有可能出問題的是什么？也許它只是需要加油。如果不是這個(gè)問題，下一步該排除什么？也許電池沒電了。"

GRAND芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)

GRAND芯片采用三層結(jié)構(gòu)，包括第一級(jí)中較為簡(jiǎn)單的解決方案，以及后續(xù)兩級(jí)更長(zhǎng)、更復(fù)雜的干擾模式。因此，每個(gè)階段都單獨(dú)運(yùn)作，這增加了系統(tǒng)的吞吐量并節(jié)省了電力。

另外，該芯片被設(shè)計(jì)為在兩個(gè)編碼本之間無縫切換，一個(gè)破解編碼，而另一個(gè)加載新的編碼本，隨后切換到解碼，沒有任何停機(jī)或延遲。

就實(shí)驗(yàn)結(jié)果而言，研究人員發(fā)現(xiàn)GRAND芯片可以有效地解碼長(zhǎng)度為128比特的冗余碼，只有大約一微秒的延時(shí)。

此前，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)證明了該算法的成功，但是，在他們的最新工作中，其已成功地在硬件中展示了GRAND的有效性和效率。

下一步是什么？

由于GRAND使用編碼本進(jìn)行驗(yàn)證，研究人員認(rèn)為，該芯片不僅適用于傳統(tǒng)的代碼，而且還可以用于尚未引入的代碼。

例如，在應(yīng)用5G的情況下，電信供應(yīng)商和監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要努力尋找共同點(diǎn)，確定哪些代碼需要在新網(wǎng)絡(luò)中使用。不幸的是，監(jiān)管機(jī)構(gòu)往往傾向于在不同的場(chǎng)景下為5G基礎(chǔ)設(shè)施選擇傳統(tǒng)代碼。Médard表示，利用GRAND可以幫助人們?cè)谖磥硐龑?duì)僵化標(biāo)準(zhǔn)的需求。

此外，研究人員認(rèn)為，他們的芯片甚至可以開啟新一輪的代碼創(chuàng)新。Médard補(bǔ)充說道："我希望這將重塑這項(xiàng)議題，它將不再那么以標(biāo)準(zhǔn)化為導(dǎo)向，使人們能夠使用已經(jīng)存在的代碼并創(chuàng)造新的代碼。”

在未來幾個(gè)月，研究人員計(jì)劃用新版本的GRAND芯片解決圍繞軟檢測(cè)出現(xiàn)的問題，因?yàn)樵谲洐z測(cè)中收到的數(shù)據(jù)不太準(zhǔn)確。此外，他們還計(jì)劃測(cè)試使用該芯片破解更長(zhǎng)、更復(fù)雜代碼的能力，并進(jìn)一步調(diào)整硅芯片的結(jié)構(gòu)，提高其能源效率。

來源：analyticsindiamag