﻿데이터 전송 디코딩을 위한 새로운 칩이 기록적인 에너지 효율성을 보여줍니다.

데이터 전송 디코딩을 위한 새로운 칩이 기록적인 에너지 효율성을 보여줍니다. 인코딩된 신호를 해독할 수 있는 이 칩은 더 적은 하드웨어를 사용하면서 더 나은 성능을 제공하는 저비용 장치를 가능하게 할 수 있습니다. 날짜: 2023년 2월 23일 원천: 매사추세츠 공과대학 요약: ORBGRAND라는 새로운 칩은 인터넷을 통해 전송되는 데이터에 적용되는 모든 코드를 최대 정확도로 해독할 수 있으며 다른 방법보다 에너지 효율이 10~100배 더 높습니다. 전체 이야기 온라인 뱅킹 앱을 사용하여 계좌에 돈을 입금한다고 상상해 보십시오. 인터넷을 통해 전송되는 모든 정보와 마찬가지로 이러한 통신은 데이터에 오류를 삽입하는 노이즈로 인해 손상될 수 있습니다. 이 문제를 극복하기 위해 송신자는 데이터를 전송하기 전에 인코딩하고 수신자는 디코딩 알고리즘을 사용하여 오류를 수정하고 원본 메시지를 복구합니다. 어떤 경우에는 디코더가 전송의 어떤 부분이 오류일 가능성이 있는지 파악하는 데 도움이 되는 신뢰성 정보와 함께 데이터가 수신됩니다. MIT와 다른 곳의 연구원들은 기존 기술보다 훨씬 간단하고 빠른 방식으로 이 신뢰성 정보를 사용하기 위해 새로운 통계 모델을 사용하는 디코더 칩을 개발했습니다. 그들의 칩은 팀이 이전에 개발한 범용 디코딩 알고리즘을 사용하여 오류 수정 코드를 풀 수 있습니다. 일반적으로 디코딩 하드웨어는 하나의 특정 유형의 코드만 처리할 수 있습니다. 이 새로운 범용 디코더 칩은 다른 하드웨어보다 10배에서 100배 더 나은 성능으로 에너지 효율적인 디코딩 기록을 경신했습니다. 이러한 발전은 더 이상 여러 코드를 위해 별도의 하드웨어가 필요하지 않기 때문에 더 적은 수의 칩으로 모바일 장치를 가능하게 할 수 있습니다. 이렇게 하면 제조에 필요한 재료의 양이 줄어들고 비용이 절감되며 지속 가능성이 향상됩니다. 디코딩 프로세스의 에너지 집약도를 낮춤으로써 칩은 장치 성능을 개선하고 배터리 수명을 연장할 수도 있습니다. 증강 현실, 가상 현실, 5G 네트워크와 같은 까다로운 애플리케이션에 특히 유용할 수 있습니다. "디코딩을 위해 비트당 1피코줄 이하의 장벽을 깨뜨린 것은 이번이 처음입니다. 이는 시스템 내부에서 비트를 전송하는 데 필요한 에너지와 대략 같은 양입니다. 큰 상징적 임계값이었지만 에너지 관점에서 가장 시급한 부분인 수신기의 균형을 변경합니다. 우리는 그것을 디코더에서 다른 요소로 옮길 수 있습니다. 전기 공학 및 컴퓨터 과학과 교수이자 새로운 칩을 발표하는 논문의 공동 저자입니다. Médard의 공동 저자에는 Boston University(BU)의 대학원생인 주 저자 Arslan Riaz; Rabia Tugce Yazicigil, BU의 전기 및 컴퓨터 공학 조교수; Ken R. Duffy, 당시 Maynooth University의 Hamilton Institute 소장이자 현재 Northeastern University의 교수 및 MIT, BU 및 Maynooth University의 다른 사람들. 이 작업은 International Solid-States Circuits Conference에서 발표되고 있습니다. 더 스마트한 분류 디지털 데이터는 비트(0과 1)의 형태로 네트워크를 통해 전송됩니다. 발신자는 해시로 볼 수 있는 0과 1의 중복 문자열인 오류 수정 코드를 추가하여 데이터를 인코딩합니다. 이 해시에 대한 정보는 특정 코드북에 보관됩니다. 이 특정 코드를 위해 설계된 수신기의 디코딩 알고리즘은 코드북과 해시 구조를 사용하여 노이즈로 뒤섞였을 수 있는 원래 정보를 검색합니다. 각 알고리즘은 코드별로 다르고 대부분 전용 하드웨어가 필요하기 때문에 장치는 서로 다른 코드를 디코딩하기 위해 많은 칩이 필요합니다. 연구원들은 이전에 모든 코드를 해독할 수 있는 범용 디코딩 알고리즘인 GRAND(Guessing Random Additive Noise Decoding)를 시연했습니다. GRAND는 전송에 영향을 미치는 잡음을 추측하고 수신된 데이터에서 해당 잡음 패턴을 뺀 다음 코드북에 남아 있는 내용을 확인하는 방식으로 작동합니다. 발생할 가능성이 높은 순서대로 일련의 노이즈 패턴을 추측합니다. 데이터는 종종 어떤 부분이 오류인지 디코더가 파악하는 데 도움이 되는 소프트 정보라고도 하는 신뢰성 정보와 함께 수신됩니다. ORBGRAND(Ordered Reliability Bits GRAND)라고 하는 새로운 디코딩 칩은 이 신뢰성 정보를 사용하여 각 비트가 오류일 가능성에 따라 데이터를 정렬합니다. 그러나 단일 비트 주문만큼 간단하지 않습니다. 가장 신뢰할 수 없는 비트가 가장 가능성이 높은 오류일 수 있지만 세 번째와 네 번째로 가장 신뢰할 수 없는 비트는 일곱 번째로 가장 신뢰할 수 없는 비트만큼 오류일 가능성이 있습니다. ORBGRAND는 이러한 방식으로 비트를 정렬할 수 있는 새로운 통계 모델을 사용합니다. 여러 비트가 함께 있으면 일부 단일 비트만큼 오류가 발생할 수 있다는 점을 고려합니다. "자동차가 작동하지 않는 경우 소프트 정보를 보면 배터리 때문일 수 있습니다. 하지만 배터리만 문제가 아니라면 배터리와 교류 발전기가 함께 문제를 일으키는 것일 수 있습니다. 이것이 방법입니다. 이성적인 사람이라면 문제를 해결할 것입니다. 가능성이 훨씬 적은 것으로 목록을 내리기 전에 실제로 이 두 가지가 함께 있을 수 있다고 말할 것입니다."라고 Médard는 말합니다. 이것은 대신 코드 구조를 살펴보고 일반적으로 최악의 경우를 위해 설계된 성능을 갖는 기존 디코더보다 훨씬 효율적인 접근 방식입니다. Médard는 "전통적인 디코더를 사용하면 자동차의 청사진을 꺼내 하나하나 모든 부품을 검사합니다. 문제를 발견하게 되겠지만 시간이 오래 걸리고 매우 좌절하게 될 것입니다."라고 설명합니다. ORBGRAND는 코드 단어가 발견되는 즉시 정렬을 중지합니다. 이 칩은 또한 병렬화를 사용하여 여러 노이즈 패턴을 동시에 생성 및 테스트하므로 코드 단어를 더 빨리 찾습니다. 디코더는 코드 단어를 찾으면 작동을 멈추기 때문에 여러 프로세스를 동시에 실행하더라도 에너지 소비는 낮게 유지됩니다. 기록적인 효율성 다른 칩과 접근 방식을 비교했을 때 ORBGRAND는 비트당 0.76피코줄의 에너지만 소비하면서 최대 정확도로 디코딩하여 이전 성능 기록을 경신했습니다. ORBGRAND는 다른 장치보다 10~100배 적은 에너지를 소비합니다. Médard는 새로운 칩을 개발하는 데 있어 가장 큰 문제 중 하나는 이러한 에너지 소비 감소에서 비롯되었다고 말합니다. ORBGRAND를 사용하면 노이즈 시퀀스를 생성하는 것이 이제 매우 에너지 효율적이어서 코드북에서 코드 단어를 확인하는 것과 같이 연구원이 이전에 집중하지 않았던 다른 프로세스가 대부분의 노력을 소비합니다. "이제 자동차가 작동하는지 확인하기 위해 시동을 켜는 것과 같은 이 확인 프로세스가 가장 어려운 부분입니다. 따라서 이를 수행하는 보다 효율적인 방법을 찾아야 합니다."라고 그녀는 말합니다. 팀은 또한 ORBGRAND 칩의 향상된 효율성을 활용할 수 있도록 전송 변조를 변경하는 방법을 모색하고 있습니다. 또한 중복되는 여러 전송을 보다 효율적으로 관리하기 위해 그들의 기술을 어떻게 활용할 수 있는지 확인할 계획입니다. 이 연구는 부분적으로 미국 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)와 아일랜드 과학 재단(Science Foundation Ireland)의 자금 지원을 받았습니다. 출처 : <a href="https://www.sciencedaily.com/" target="_blank" class="ke-link">https://www.sciencedaily.com/</a>