Bilim insanları, geleneksel dijital devreler yerine mikrodalgaları kullanarak işlem yapan yepyeni bir mikroçip türü geliştirdi. Bu çip, standart işlem birimlerinden (CPU) çok daha hızlı çalışırken, aynı zamanda daha az enerji tüketiyor.
Bilimsel bir çalışmada yayınlanan verilere göre, bu işlemci, çip üzerine sığdırılabilen dünyanın ilk tam işlevsel mikrodalga sinir ağı (MNN) olma özelliğini taşıyor. Radar görüntüleme gibi yüksek bant genişliği gerektiren uygulamalar, yüksek hızlı işlem gücüne ihtiyaç duyar. Mikrodalgaların analog spektrumdaki gücü, bu tür uygulamaların işlem ihtiyaçlarını karşılayabilir ve bu da bilim insanlarını bu yeni hesaplama yaklaşımına yöneltmiş durumda.
Araştırmanın baş yazarlarından birine göre, bu teknoloji geniş bir frekans bandında programlanabilir bir şekilde bozulmaya uğrayabildiği için çeşitli hesaplama görevleri için yeniden kullanılabiliyor. Bu durum, dijital bilgisayarların normalde yapması gereken çok sayıda sinyal işleme adımını atlamayı sağlıyor.
Mikrodalgaların Gücü
Geliştirilen çip, elektromanyetik spektrumun mikrodalga aralığındaki analog dalgaları bir yapay zeka (YZ) sinir ağı içinde kullanıyor. Bu sayede mikrodalgaların dalga formunda tarak benzeri bir desen oluşturuyor. Frekanstaki bu düzenli aralıklı spektral çizgiler bir cetvel gibi görev görerek frekansların hızlı ve doğru ölçümünü sağlıyor.
Mikrodalga çipinin temelini oluşturan sinir ağları, insan beyninin yapısından esinlenen bir makine öğrenmesi algoritması koleksiyonudur. Mikrodalga beyin çipi, ayarlanabilir dalga kılavuzları içindeki birbirine bağlı elektromanyetik düğümleri kullanarak veri kümelerindeki desenleri tanımlıyor ve gelen bilgilere uyum sağlıyor.
Bu mikrodalga beyin, geniş bir bant genişliği boyunca girdi verilerinin özelliklerini yakalayarak spektral bileşenleri (bir sinyaldeki bireysel frekansları) işleyen entegre bir devre olan MNN kullanılarak oluşturuldu.
Çip, basit mantık işlemleri ve ikili dizileri tanıma veya yüksek hızlı verilerdeki desenleri belirleme gibi gelişmiş hesaplamaları %88 doğruluk oranıyla çözebilme yeteneğine sahip. Bilim insanları, bu yeteneği çeşitli kablosuz sinyal sınıflandırma görevlerinde kanıtladıklarını belirtiyorlar.
Mikrodalga analog aralıkta çalışması ve olasılıksal bir yaklaşım benimsemesi sayesinde çip, saniyede en az 20 milyar işlem hızına ulaşabilen on gigahertz mertebesinde veri akışlarını işleyebiliyor. Bu hız, genellikle saniyede 2,5 ila 4 milyar işlem yapan ev bilgisayarı işlemcilerinin çoğunu geride bırakıyor.
Araştırmacılar, bu başarıya ulaşmak için geleneksel devre tasarımının pek çok unsurunu terk ettiklerini belirtiyorlar. Dijital sinir ağlarının yapısını tam olarak taklit etmek yerine, nihayetinde yüksek performanslı hesaplama sağlayabilen kontrollü bir frekans davranışı yığını oluşturan bir yapı tasarlandığı ifade ediliyor.
Geleneksel dijital sistemlerde doğruluk oranını korumak için daha fazla devreye, daha fazla güce ve daha fazla hata düzeltmeye ihtiyaç duyulduğunu belirten araştırmacılar, olasılıksal yaklaşım sayesinde ek bir yük olmadan hem basit hem de karmaşık hesaplamalarda yüksek doğruluk oranını koruyabildiklerini vurguluyor.
Mikrodalga çipin düşük güç tüketimi de dikkat çekici. Sadece 200 milivattın (0,2 watt'tan az) altında güç tüketebiliyor ki bu da cep telefonlarının iletim gücüyle yaklaşık olarak aynı. Buna karşılık, çoğu CPU'nun en az 65 W giriş gücüne ihtiyaç duyduğu belirtiliyor.
Bu düşük güç kullanımı, çipin kişisel cihazlara veya giyilebilir teknolojilere entegre edilebileceği anlamına geliyor. Merkezi bir sunucuya bağlanma ihtiyacını ortadan kaldırarak gecikmeyi azaltabilecek olması nedeniyle kenar bilişim (edge computing) için umut verici bir teknoloji sunuyor. Ayrıca, YZ modellerini eğitmek için düşük güçlü bir alternatif sunarak YZ dağıtımında da faydalı olabilir.
Araştırmacıların bir sonraki adımı, dalga kılavuzlarının sayısını azaltarak ve çipi daha küçük hale getirerek tasarımı basitleştirmek olacak. Daha kompakt bir çip, birbirine bağlı taraklar üreterek daha zengin bir çıktı spektrumu oluşturabilir ve sinir ağını eğitmede yardımcı olabilir.
