Инженеры из Корнеллского университета создали революционное устройство — первый в мире полностью интегрированный «микроволновый мозг». Этот инновационный кремниевый чип способен одновременно обрабатывать сверхскоростные потоки данных и беспроводные сигналы с минимальным энергопотреблением — менее 200 милливатт. В отличие от традиционных цифровых систем, которые требуют длительных последовательных вычислительных процессов, новый чип использует физические принципы микроволн и аналого-цифровые процессы, что позволяет выполнять вычисления в реальном времени. Благодаря этому он может успешно справляться с задачами, такими как отслеживание объектов с помощью радара, декодирование радиосигналов и выявление аномалий в данных.
Особенность данной разработки заключается в том, что она освобождает от множества промежуточных этапов, которые обычно характерны для цифровых вычислительных систем. Операции осуществляются напрямую через физические взаимодействия микроволн, что значительно ускоряет обработку информации и снижает энергозатраты. «Этот чип может мгновенно перестраиваться на разные частоты и выполнять множество задач одновременно», — рассказывает ведущий автор работы аспирант Бал Говинд. Он подчеркнул, что такая многозадачность достигается благодаря физической природе устройства, что позволяет поддерживать высокую точность вычислений без необходимости сложных и энергоемких схем.
В основе микроволнового «мозга» лежит нейросеть, реализованная через уникальные микроволновые волноводы. Эти структуры создают нелинейные взаимодействия сигналов, что позволяет системе распознавать закономерности, обучаться и совершенствоваться на основе поступающих данных. В отличие от классических нейросетей, работающих по тактовым частотам в мегагерцах или гигагерцах, микроволновой чип переходит к обработке в диапазоне десятков гигагерц — что обеспечивает скорость обработки гораздо выше, чем у большинства современных процессоров.
Точность системы в задачах классификации беспроводных сигналов достигла 88% и выше — это сравнимо с результатами цифровых нейросетей, но при существенно меньших затратах энергии и габаритных размеров. Чип способен выполнять как простейшие логические операции, так и сложные задачи, такие как распознавание последовательностей битов в потоке данных, что делает его универсальным инструментом.
Потенциал для применения в системах безопасности огромен, особенно в обнаружении подозрительных и необычных сигналов в беспроводных сетях. Высокая чувствительность устройства позволяет оперативно выявлять угрозы и аномалии, что критически важно для защиты данных и инфраструктуры. В будущем, при снижении уровня энергопотребления, микроволновая «мозговая» система может внедряться в носимые устройства, такие как умные часы, смартфоны и другие гаджеты, обеспечивая обработку и анализ данных прямо на устройстве без необходимости обращения к облаку или внешним серверам.
Несмотря на то, что технология пока находится на экспериментальной стадии, учёные уверены в её масштабируемости и потенциале для интеграции с существующими цифровыми и микроволновыми системами. В текущем проекте ведутся работы по повышению точности и оптимизации архитектуры для коммерческого применения. Исследование выполнено при поддержке Агентства передовых оборонных исследований DARPA и Национального научного фонда США. В дальнейшем планируется расширение функциональности устройства, создание промышленных прототипов и внедрение в области безопасности, телекоммуникаций и автоматизации. Эта разработка обещает революционизировать подходы к обработке данных, объединяя принципы физики микроволн с передовыми вычислительными технологиями для достижения новых высот в сфере информационных технологий и беспроводных коммуникаций.