Машины учатся говорить на частотах: микроволны берут власть над ИИ

Новый тип процессора способен изменить будущее вычислительной техники. Он использует не цифровые схемы, а микроволны для обработки данных, открывая путь к созданию принципиально новых систем искусственного интеллекта и беспроводной связи. Разработка уже названа прорывом в области аналоговых вычислений. Об этом сообщает журнал Nature Electronics.

Прорыв в архитектуре процессоров

Ученые из Корнеллского университета представили первый в мире полностью функциональный микроволновый нейронный чип (Microwave Neural Network, MNN). В отличие от привычных цифровых микросхем, он выполняет операции с помощью аналоговых микроволн, что позволяет значительно повысить скорость обработки данных. Новый подход особенно перспективен для задач, где требуется передача и анализ больших объемов информации в реальном времени — например, в радиолокационных системах и беспроводных сетях.

"Благодаря способности изменяться программируемым образом в широком диапазоне частот, устройство может использоваться для разных вычислительных задач", — пояснил ведущий автор исследования, аспирант Корнеллского университета Бал Говинд.

Разработка сочетает принципы аналоговой физики и нейросетевых алгоритмов, что делает возможным быстрое выполнение операций, обычно требующих сложной цифровой обработки. В эксперименте чип продемонстрировал скорость на уровне десятков гигагерц, что значительно превышает показатели большинства современных процессоров.

Принцип работы микроволнового мозга

Основой устройства является нейронная сеть, использующая микроволновый диапазон электромагнитных волн. Эти волны формируют "гребенчатую" структуру частот, которая позволяет точно измерять и различать сигналы. Внутренние элементы микросхемы — электромагнитные узлы, соединенные волноводами, — обрабатывают информацию аналогично тому, как это делает человеческий мозг.

Такой подход дает возможность находить закономерности в потоках данных, распознавать сигналы и обучаться новым задачам. По словам ученых, чип способен решать как простые логические операции, так и сложные вычисления, включая классификацию беспроводных сигналов с точностью до 88%.

"Бал отказался от многих традиционных принципов проектирования микросхем, чтобы создать нечто совершенно иное", — отметила соавтор работы, профессор и директор Школы электротехники Корнеллского университета Алисса Апсел. "Он построил систему, которая скорее напоминает управляемую смесь частотных взаимодействий, чем классическую цифровую сеть".

Энергоэффективность и перспективы применения

Одним из ключевых преимуществ нового чипа является его крайне низкое энергопотребление. Он использует менее 200 милливатт — примерно столько же, сколько мобильный телефон во время передачи данных. Для сравнения, типичный компьютерный процессор потребляет от 65 ватт и выше. Такая экономичность открывает возможности для использования микроволновых микросхем в портативных и носимых устройствах.

Разработка может стать важным шагом для систем edge computing, где данные обрабатываются локально, без передачи в облако. Это снижает задержки и повышает безопасность информации. Кроме того, микроволновой чип способен стать новым решением для энергоэффективного обучения и внедрения моделей искусственного интеллекта, аналогично тому, как ИИ помогает прогнозировать эпидемии или анализировать медицинские данные.

Следующий этап развития

Исследователи планируют уменьшить размеры чипа, сократив количество волноводов и интегрировав несколько микроволновых "гребенок" для получения более насыщенного спектра. Это позволит создать компактные и мощные микросхемы, подходящие для широкого спектра задач — от телекоммуникаций до автономных систем.

Ученые уверены, что микроволновые вычисления могут изменить представление о том, как работает электроника. Соединение аналоговой физики и искусственного интеллекта открывает путь к новым форматам обработки данных, где скорость, гибкость и энергоэффективность объединяются в одной архитектуре.

Новый микроволновый процессор — это не просто эксперимент, а реальный шаг к эпохе, где компьютеры будут мыслить иначе, чем сегодня.