Yeni Çip, Ağ Üzerinden Gönderilen Her Türlü Verinin Kodunu Çözebilir

Yeni çip, belirli kod çözme donanımı ihtiyacını ortadan kaldırarak oyun sistemlerinin, 5G ağlarının, nesnelerin internetinin ve daha fazlasının verimliliğini artırabilir.

Bir e-postadaki paragraflardan sanal gerçeklik ortamındaki 3B grafiklere kadar internette dolaşan her veri parçası, bir mikrodalga veya Bluetooth cihazından kaynaklanan elektromanyetik parazit gibi yol boyunca karşılaştığı gürültüyle değiştirilebilir. Veriler, hedeflerine ulaştıklarında, bir kod çözme algoritmasının bu gürültünün olumsuz etkilerini geri alabilmesi ve orijinal verileri alabilmesi için kodlanmıştır.

1950’lerden bu yana, çoğu hata düzeltme kodu ve kod çözme algoritması birlikte tasarlanmıştır. Her kodun, genellikle özel donanım kullanımını gerektiren, belirli, oldukça karmaşık bir kod çözme algoritmasına karşılık gelen bir yapısı vardı.

İrlanda’daki MIT , Boston Üniversitesi ve Maynooth Üniversitesi’ndeki araştırmacılar , şimdi , Tahmin Edilen Rastgele Katkılı Gürültü Çözme (GRAND) adlı evrensel bir kod çözme algoritmasını kullanarak , yapısı ne olursa olsun herhangi bir kodu maksimum doğrulukla çözebilen ilk silikon çipi yarattılar. . GRAND, çoklu, hesaplama açısından karmaşık kod çözücülere olan ihtiyacı ortadan kaldırarak, artırılmış ve sanal gerçeklik, oyun, 5G ağları ve minimum gecikmeyle yüksek hacimli verilerin işlenmesine dayanan bağlı cihazlarda uygulamalara sahip olabilecek artan verimlilik sağlar.

MIT’deki araştırma, Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü’nden Cecil H. ve Ida Green Profesörü Muriel Médard tarafından yürütülmektedir ve her ikisi de MIT’de yüksek lisans öğrencileri olan Amit Solomon ve Wei Ann tarafından ortaklaşa yazılmıştır; Boston Üniversitesi’nde elektrik ve bilgisayar mühendisliği yardımcı doçent olan Rabia Tuğçe Yazıcıgil; Arslan Riaz ve Vaibhav Bansal, ikisi de Boston Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencileri; Maynooth’taki İrlanda Ulusal Üniversitesi Hamilton Enstitüsü müdürü Ken R. Duffy; ve Maynooth yüksek lisans öğrencisi Kevin Galligan. Araştırma, önümüzdeki hafta Avrupa Katı Hal Cihazı Araştırma ve Devreler Konferansı’nda sunulacak.

Gürültüye odaklan
Bu kodları düşünmenin bir yolu, orijinal verilerin sonuna eklenen gereksiz karmalar (bu durumda, bir dizi 1’ler ve 0’lar) gibidir. Bu karmanın oluşturulmasına ilişkin kurallar, belirli bir kod kitabında saklanır.

Kodlanmış veriler bir ağ üzerinden seyahat ederken, genellikle diğer elektronik cihazlar tarafından üretilen sinyali bozan gürültüden veya enerjiden etkilenirler. Bu kodlanmış veri ve onları etkileyen gürültü hedeflerine ulaştığında, kod çözme algoritması kod kitabına başvurur ve depolanan bilginin ne olduğunu tahmin etmek için karma yapısını kullanır.

Bunun yerine GRAND, mesajı etkileyen gürültüyü tahmin ederek çalışır ve orijinal bilgiyi çıkarmak için gürültü modelini kullanır. GRAND, meydana gelmeleri muhtemel sırayla bir dizi gürültü dizisi üretir, bunları alınan verilerden çıkarır ve elde edilen kod kelimesinin bir kod kitabında olup olmadığını kontrol eder.

Gürültü doğada rastgele görünse de, algoritmanın ne olabileceğini tahmin etmesine izin veren olasılıksal bir yapıya sahiptir.

“Bir bakıma sorun gidermeye benziyor. Birisi arabasını dükkana getirirse, tamirci tüm arabayı planlarla eşleştirerek işe başlamaz. Bunun yerine, ‘Yanlış gitme olasılığı en yüksek olan şey nedir?’ diye sorarak başlarlar. Belki sadece gaza ihtiyacı vardır. Bu işe yaramazsa, sırada ne var? Belki pil ölmüştür?” diyor Médard.

Yeni donanım
GRAND çipi, ilk aşamada mümkün olan en basit çözümlerden başlayarak ve sonraki iki aşamada daha uzun ve daha karmaşık gürültü modellerine kadar çalışan üç katmanlı bir yapı kullanır. Her aşama bağımsız olarak çalışır, bu da sistemin verimini artırır ve güç tasarrufu sağlar.

Cihaz ayrıca iki kod kitabı arasında sorunsuz geçiş yapmak üzere tasarlanmıştır. Biri kod sözcüklerini kırabilen, diğeri yeni bir kod kitabı yükleyen ve ardından herhangi bir kesinti olmaksızın kod çözmeye geçen iki statik rastgele erişimli bellek yongası içerir.

Araştırmacılar GRAND çipini test ettiler ve 128 bit uzunluğa kadar herhangi bir orta düzeyde artıklık kodunu yalnızca yaklaşık bir mikrosaniye gecikme ile etkili bir şekilde çözebildiğini buldular.

Médard ve işbirlikçileri daha önce algoritmanın başarısını göstermişlerdi, ancak bu yeni çalışma, GRAND’ın donanımdaki etkinliğini ve verimliliğini ilk kez sergiliyor.

Médard, yeni kod çözme algoritması için donanım geliştirmenin, araştırmacıların önce önyargılı fikirlerini bir kenara atmasını gerektirdiğini söylüyor.

“Dışarı çıkıp daha önce yapılmış şeyleri yeniden kullanamadık. Bu tam bir beyaz tahta gibiydi. Her bir bileşeni gerçekten sıfırdan düşünmek zorundaydık. Bu bir yeniden değerlendirme yolculuğuydu. Ve sanırım bir sonraki çipimizi yaptığımızda, bu ilk çipte alışkanlıktan veya daha iyisini yapabileceğimize dair varsayımdan dolayı yaptığımızı anlayacağımız şeyler olacak” diyor.

Gelecek için bir çip
GRAND, doğrulama için yalnızca kod çizelgelerini kullandığından, çip yalnızca eski kodlarla çalışmakla kalmaz, aynı zamanda henüz tanıtılmamış kodlarla da kullanılabilir.

5G uygulamasına giden yolda, düzenleyiciler ve iletişim şirketleri, yeni ağda hangi kodların kullanılması gerektiği konusunda fikir birliği bulmakta zorlandılar. Düzenleyiciler nihayetinde farklı durumlarda 5G altyapısı için iki tür geleneksel kod kullanmayı seçti. Médard, GRAND’ın kullanılmasının gelecekte bu katı standardizasyon ihtiyacını ortadan kaldırabileceğini söylüyor.

GRAND çip, kodlama alanını bir yenilik dalgasına bile açabilir.

“Tam emin olamadığım nedenlerle, insanlar kodlamaya kara büyü gibi bir korkuyla yaklaşıyor. Süreç matematiksel olarak kötü, bu yüzden insanlar sadece zaten var olan kodları kullanıyor. Bunun tartışmayı yeniden şekillendireceğini ve standart odaklı olmamasını, insanların zaten var olan kodları kullanmasını ve yeni kodlar oluşturmasını sağlamasını umuyorum” diyor.

İleriye dönük olarak, Médard ve işbirlikçileri, GRAND çipinin yenilenmiş bir versiyonuyla yumuşak algılama sorununu çözmeyi planlıyor. Yumuşak algılamada, alınan veriler daha az kesindir.

Ayrıca GRAND’ın daha uzun, daha karmaşık kodları kırma yeteneğini test etmeyi ve enerji verimliliğini artırmak için silikon çipin yapısını ayarlamayı planlıyorlar.

Araştırma, Battelle Memorial Enstitüsü ve İrlanda Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.