编译/VR陀螺

近日，美国麻省理工学院、梅努斯大学和波士顿大学的研究人员宣布创建了一个使用通用解码算法的硅芯片，该算法被称为GRAND（又称猜测随机加性干扰解码），可以更准确地解码代码，而不用管其结构如何。

图源：DIM

GRAND消除了对多个计算复杂的解码器的需求。该芯片实现了高效率，可应用于增强和虚拟现实（AR/VR）、5G网络、游戏和连接设备，这些设备能够以较小的延迟处理大量数据。

在巴特尔纪念研究所和爱尔兰科学基金会的支持下，这项研究预计将在本周举行的欧洲固态设备研究和电路会议（ESSCIRC ESSDERC）上发表。

干扰如何阻碍数据传输

在互联网上传播的每一条信息，从电子邮件中的段落到虚拟现实环境中的3D图形，都可能被沿途遇到的干扰所改变，例如，来自微波或蓝牙设备的电磁干扰。通常情况下，数据会被编码，以便当它们到达目的地时，解码算法可以消除该干扰的负面影响并检索出原始数据。

通常来说，大多数纠错码和解码算法都是一起设计的。因此，每个代码都有一个与独特的、高度复杂的解码算法相对应的结构，这往往需要专用硬件。但有了GRAND，就能消除对多种复杂硬件组件的需求。

为了理解GRAND的工作原理，让我们把这些代码看作是添加到原始数据末端的冗余哈希值（1和0），创建该哈希值的规则被存储在一个特定的编码簿中。

当编码数据在网络上传输时，它们会受到扰乱信号的干扰因素的影响，这种干扰通常由电子设备产生。因此，当它们（编码数据和影响它们的干扰因素）到达各自的目的地时，解码算法会检查其编码本，并使用哈希的结构来猜测存储的信息是什么。

GRAND的工作方式是，它猜测影响信息的干扰，并使用干扰模式来推断原始信息。它按照可能出现的顺序生成一系列的干扰因素序列，并把它们从收到的数据中扣除，接着审查代码是否在码本中。

该算法之成为可能，是因为干扰因素有一个特定的结构，允许算法猜测它可能是什么，尽管这些干扰因素看起来是随机的。麻省理工学院的研究人员Muriel Médard解释说，这类似于故障排除。

她举了一个汽修厂的例子，并说道："如果有人把他们的车带到汽修厂，汽修师不会把整个汽车映射到蓝图。相反，他们会开始问，有可能出问题的是什么？也许它只是需要加油。如果不是这个问题，下一步该排除什么？也许电池没电了。"

GRAND芯片内部结构

GRAND芯片采用三层结构，包括第一级中较为简单的解决方案，以及后续两级更长、更复杂的干扰模式。因此，每个阶段都单独运作，这增加了系统的吞吐量并节省了电力。

另外，该芯片被设计为在两个编码本之间无缝切换，一个破解编码，而另一个加载新的编码本，随后切换到解码，没有任何停机或延迟。

就实验结果而言，研究人员发现GRAND芯片可以有效地解码长度为128比特的冗余码，只有大约一微秒的延时。

此前，麻省理工学院的研究人员已经证明了该算法的成功，但是，在他们的最新工作中，其已成功地在硬件中展示了GRAND的有效性和效率。

下一步是什么？

由于GRAND使用编码本进行验证，研究人员认为，该芯片不仅适用于传统的代码，而且还可以用于尚未引入的代码。

例如，在应用5G的情况下，电信供应商和监管机构需要努力寻找共同点，确定哪些代码需要在新网络中使用。不幸的是，监管机构往往倾向于在不同的场景下为5G基础设施选择传统代码。Médard表示，利用GRAND可以帮助人们在未来消除对僵化标准的需求。

此外，研究人员认为，他们的芯片甚至可以开启新一轮的代码创新。Médard补充说道："我希望这将重塑这项议题，它将不再那么以标准化为导向，使人们能够使用已经存在的代码并创造新的代码。”

在未来几个月，研究人员计划用新版本的GRAND芯片解决围绕软检测出现的问题，因为在软检测中收到的数据不太准确。此外，他们还计划测试使用该芯片破解更长、更复杂代码的能力，并进一步调整硅芯片的结构，提高其能源效率。

来源：analyticsindiamag