HOA KỲ – Một năm sau khi công bố về “Microwave brain” microchip (tạm dịch là vi mạch “bộ não vi sóng”) (1) có khả năng xử lý dữ liệu tốc độ siêu cao và tín hiệu không dây, các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Cornell Duffield (Cornell Duffield College of Engineering) đã chứng minh được con chip này có thể mã hóa thông tin bằng ngôn ngữ riêng của nó. (1) “Microwave brain” microchip là cách gọi mô tả một loại chip tích hợp có khả năng xử lý nhiều chức năng liên quan đến tín hiệu vô tuyến và vi ba trên cùng một nền tảng. Thay vì phải sử dụng nhiều linh kiện và mạch riêng biệt để thực hiện các tác vụ như lọc, phân tích hoặc biến đổi tín hiệu, vi mạch này hướng tới việc tích hợp các chức năng xử lý vào một hệ thống nhỏ gọn duy nhất. Tên gọi “microwave brain” nhấn mạnh vai trò của chip như một trung tâm xử lý tín hiệu điện từ tần số cao, với tiềm năng ứng dụng trong radar, truyền thông không dây, thông tin vệ tinh và các hệ thống RF tiên tiến.
Nghiên cứu này được phát triển dựa trên mạng nơ-ron vi sóng tích hợp do Bal Govind thiết kế và được Maxwell Anderson chứng minh bằng thực nghiệm.
Hai nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng con chip tiêu thụ điện năng thấp có thể khai thác các đặc tính vật lý của vi sóng để mô phỏng khả năng nhận diện mẫu của não bộ và thực hiện các phép tính gần như tức thời.
Phép nhúng token vi sóng Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu phát hiện rằng thiết bị hiện có thể sử dụng phương pháp mà họ gọi là “phép nhúng token vi sóng”, tương tự các token được sử dụng trong mô hình ngôn ngữ lớn (2), để mã hóa thông điệp thành tín hiệu vô tuyến và nén dữ liệu. (2) Token là đơn vị dữ liệu cơ bản mà các mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) sử dụng để đọc, xử lý và tạo ra văn bản.
Những khả năng này có thể tạo điều kiện cho hoạt động liên lạc nhanh hơn và an toàn hơn đối với vệ tinh, thiết bị bay không người lái và các công nghệ khác.
“Tôi hình dung quá trình này giống như việc thiết lập một hệ thống từ vựng vi sóng. Bạn có thể có một mạng nơ-ron vi sóng gửi các thông điệp mà chỉ một mạng nơ-ron vi sóng khác cùng loại mới có thể hiểu được.” – Govind, nghiên cứu viên cao cấp thuộc phòng thí nghiệm của tác giả Alyssa Apsel – Giáo sư Kỹ thuật IBM tại Trường Kỹ thuật Điện và Máy tính cho biết.
Biến thông tin thành các token xung vi sóng Các đặc tính vật lý vi sóng phi tuyến tính của loại chip này có thể biến đổi thông tin, chẳng hạn như lệnh điều hướng dành cho thiết bị bay không người lái hoặc vệ tinh, thành các “token” xung vi sóng riêng biệt có khả năng duy trì mối quan hệ giữa các phần thông tin.
Phương pháp này cần ít băng thông và năng lượng hơn đáng kể so với các hệ thống liên lạc truyền thống. Trong các hệ thống đó, tín hiệu vô tuyến trước tiên được chuyển đổi thành dữ liệu số, sau đó mới được trích xuất thông tin hữu ích.
“Chúng tôi đang để các đặc tính vật lý thực hiện công việc của chúng”, Govind cho biết.
“Thay vì truyền đi một nội dung giống như một dòng mã máy tính, các lệnh đó có thể được thể hiện chỉ bằng một vài xung vi sóng mà một mạng nơ-ron vi sóng khác có thể diễn giải ngay lập tức.”
Có thể tái cấu hình cho nhiều nhiệm vụ khác nhau Do mỗi mạng nơ-ron vi sóng có những đặc tính vật lý riêng và tạo ra một dải tần số lớn, mạng có thể được tái cấu hình để thực hiện nhiều nhiệm vụ cảm biến và điện toán khác nhau.
Các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ này có thể tạo ra một hình thức an ninh mạng dựa trên phần cứng mới.
Để giải mã một tín hiệu truyền đi, bên nhận không chỉ cần có một mạng nơ-ron vi sóng khác mà còn phải có đúng trình tự được sử dụng để cấu hình mạng đó.
Govind cho biết cơ chế này gần giống như một hệ thống khóa công khai-khóa riêng tư (public-private key scheme) (3). (3) Cơ chế khóa công khai – khóa riêng tư là một phương pháp mật mã sử dụng một cặp khóa có quan hệ toán học với nhau, gồm khóa công khai (public key) có thể chia sẻ rộng rãi và khóa riêng tư (private key) chỉ chủ sở hữu nắm giữ. Tùy vào hệ thống, cặp khóa này có thể được sử dụng để mã hóa, thiết lập khóa hoặc tạo và xác minh chữ ký số. Đây là một trong những nền tảng quan trọng của bảo mật hiện đại, giúp xác thực danh tính, bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu và thiết lập các kênh liên lạc an toàn.
Tạo bit xác suất từ luồng dữ liệu tốc độ cao Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện rằng việc đưa các luồng dữ liệu có tốc độ hàng gigabit mỗi giây vào con chip khiến nó tự nhiên tạo ra các bit xác suất, hay còn gọi là “p-bit”. Giá trị của các bit này phụ thuộc vào dữ liệu đầu vào, thay vì được cố định ở trạng thái 0 hoặc 1.
Để chứng minh khả năng này, các nhà nghiên cứu đã tái tạo một hình ảnh vệ tinh về một hệ thống bão nhiệt đới. Hình ảnh được tái tạo vẫn giữ lại nhiều đặc điểm chính, trong khi lượng dữ liệu cần truyền giảm xuống khoảng tám lần.
Giải pháp cho hạn chế truyền dữ liệu của vệ tinh nhỏ “Các vệ tinh nhỏ thường không thể truyền những tệp hình ảnh có dung lượng rất lớn trở lại Trái Đất do hạn chế về năng lượng hoặc các quy định về băng thông do Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ đặt ra”, Govind cho biết.
“Chúng thường chỉ có thể truyền những dữ liệu đơn giản như tọa độ GPS bị lược bỏ các đặc điểm quan trọng. Đây là vấn đề mà chúng tôi cho rằng con chip của mình có thể góp phần giải quyết.”
Hướng tới thương mại hóa Các nhà nghiên cứu hiện đã nộp đơn đăng ký bằng sáng chế và đang tham gia chương trình Ignite Innovation Acceleration thông qua Trung tâm Cấp phép Công nghệ Cornell. Chương trình này đang hỗ trợ thúc đẩy công nghệ tiến tới giai đoạn thương mại hóa, phục vụ các ứng dụng liên lạc vệ tinh tiêu thụ điện năng thấp và điện toán biên.
Để xem các tin bài khác về “Chip”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics
