IT之家 2 月 26 日消息,，美國麻省理工學(xué)院領(lǐng)銜的科學(xué)家團(tuán)隊開發(fā)出一種解碼器芯片,。相關(guān)研究成果在正舉行的國際固態(tài)電路會議上宣讀。

該芯片使用了麻省理工之前開發(fā)的通用解碼算法,，可以破譯任何編碼信號,，解碼數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)技術(shù)更簡單、更快,，能耗僅為其他類似硬件的 1% 到 10%,，或者是說性能比其他硬件高 10 到 100 倍，可廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)和 5G 網(wǎng)絡(luò)等對功耗苛刻的領(lǐng)域,。

▲ 圖片：麻省理工學(xué)院的 Christine Daniloff

科學(xué) NEC 軟件科學(xué)與工程教授,，電氣工程與計算機(jī)科學(xué)系教授 Muriel Médard 介紹說，“這是第一次有人突破了 1 皮焦耳每比特的解碼大關(guān),。這與您在系統(tǒng)內(nèi)部傳輸 1bit 所需的能量大致相同,。這是一個意義重大的象征性門檻，但它也改變了接收器的平衡,，從能量的角度來看,，這可能是最緊迫的部分 —— 我們可以將其從解碼器轉(zhuǎn)移到其他部分”,。

除 Médard 外，此次論文共同作者還包括波士頓大學(xué)的研究生 Arslan Riaz,、波士頓大學(xué)電氣與計算機(jī)工程助理教授 Rabia Tugce Yazicigil,、時任梅努斯大學(xué)漢密爾頓研究所所長，現(xiàn)任東北大學(xué)教授的 Ken R. Duffy,，以及麻省理工學(xué)院,、波士頓大學(xué)和梅努斯大學(xué)的其他學(xué)者。

IT之家這里簡單科普一下,，大家常見的數(shù)據(jù)都是以比特 (0 或 1) 的形式進(jìn)行傳輸,，而發(fā)送方需要通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并在數(shù)據(jù)末尾添加糾錯碼。這里說的糾錯碼也是一個由 0 和 1 組成的冗余字符串,，可以視為哈希驗(yàn)證所需信息,。這串信息通常會保存在特定的密碼本中，而接收端的解碼算法正是為這種特殊的密碼而設(shè)計的一種驗(yàn)證方案,，它將通過特定的密碼本和哈希結(jié)構(gòu)來檢索可能已經(jīng)被混淆的原始信息,。而通常情況下，每個算法都是基于特定代碼的,，而且大多數(shù)算法都需要專用的硬件,，所以一個設(shè)備需要許多芯片來解碼不同的數(shù)據(jù)。

研究人員此前演示了一種可以破解任何代碼的通用解碼算法 ——GRAND (猜測隨機(jī)加性噪聲解碼),，其工作原理是猜測影響信息傳輸?shù)脑肼?，然后直接從接收到的?shù)據(jù)中消去噪聲，然后檢查密碼本中剩余的內(nèi)容,。它會按照可能出現(xiàn)的順序猜測一系列噪音模式,。

實(shí)際上，我們接收到的數(shù)據(jù)通常帶有可靠性信息,，也被稱為軟信息,，它可以幫助解碼器找出哪些部分是錯誤的。

據(jù)悉,，這種新的解碼芯片被稱為 ORBGRAND (Ordered Reliability Bits GRAND),，它可以使用這種軟信息來根據(jù)每個比特中出錯的可能性對數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。但實(shí)際上,，這其實(shí)不會像排序單個比特那么簡單,。雖然最不可靠的部分可能是最明顯的錯誤，但第三和第四不可靠部分加在一起可能與第七部分一樣都是錯的,。而 ORBGRAND 在這里使用了一種新的統(tǒng)計模型,，可以以這種方式對比特進(jìn)行排序，因?yàn)槎鄠€比特放在一起可能和單個比特一樣會出現(xiàn)錯誤。

“如果你的車在半路拋錨了,，軟信息可能會告訴你是電池的緣故導(dǎo)致,。但如果不僅僅是電池，例如電池和發(fā)動機(jī)同時出問題的話就很麻煩了”,，Médard 說,，而這是一個會理性思考的人如何做的 —— 雖然可能是這兩大部分一起發(fā)生故障，但你會從最容易出錯的地方開始排查,，然后再往下看，最終才能發(fā)現(xiàn)一些不太可能發(fā)生的事情,。

他們認(rèn)為,，這是一種比傳統(tǒng)解碼器更有效的方法。據(jù)悉,，傳統(tǒng)解碼器只會關(guān)注代碼結(jié)構(gòu),，而且它通常都是為最壞情況而設(shè)計的?！笆褂脗鹘y(tǒng)的解碼器,，你得拿出汽車的設(shè)計圖，然后檢查每一個部件,，雖然最終也會發(fā)現(xiàn)問題所在,，但這將花費(fèi)你很長時間”，Médard 解釋道,。

據(jù)介紹,，只要找到一個關(guān)鍵代碼，ORBGRAND 就會停止排序,，而這通常都會很快,。此外，該芯片還采用了并行化的邏輯,，可以同時生成和測試多種噪聲模式,，從而更快地找到這種關(guān)鍵代碼。

當(dāng)他們將這種方法與其他芯片進(jìn)行比較時,，ORBGRAND 以最高準(zhǔn)確度解碼時每 bit 僅消耗 0.76 皮焦耳的能量,，一舉打破了之前的性能 / 能耗記錄。這也意味著,，ORBGRAND 的能耗只有其他設(shè)備的十分之一甚至百分之一,。

Médard 說，開發(fā)芯片的最大挑戰(zhàn)之一就是降低能耗,。而 ORBGRAND 現(xiàn)在非常節(jié)能,，以至于研究人員以前沒有關(guān)注的其他過程（例如檢查密碼本中的碼字）消耗了大部分精力。

“現(xiàn)在，這個檢查過程就像打開汽車去看看它是否工作一樣,，是最難的部分,。因此，我們需要找到更有效的方法來做到這一點(diǎn)”,，該團(tuán)隊還在探索改變傳輸調(diào)制的方法,，以便他們可以利用 ORBGRAND 芯片提高的效率。

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