麻省理工學(xué)院、梅努斯大學(xué)和波士頓大學(xué)的研究人員最近創(chuàng)造了第一個(gè)使用通用解碼算法的硅芯片，該算法被稱為GRAND（又稱猜測(cè)隨機(jī)添加噪聲解碼），它可以更準(zhǔn)確地解碼任何代碼，而不論其結(jié)構(gòu)如何。
據(jù)研究人員表示，GRAND 已經(jīng)消除了對(duì)多個(gè)計(jì)算復(fù)雜的解碼器的需求。該芯片實(shí)現(xiàn)了更高的效率，可應(yīng)用于增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）、5G網(wǎng)絡(luò)、游戲和連接設(shè)備，以最小的延遲處理大量數(shù)據(jù)。
在巴特爾紀(jì)念研究所和愛爾蘭科學(xué)基金會(huì)的支持下，這項(xiàng)研究預(yù)計(jì)將在本周舉行的歐洲固態(tài)設(shè)備研究和電路會(huì)議（ESSCIRC ESSDERC）上發(fā)表。
噪聲如何阻礙數(shù)據(jù)傳輸
在互聯(lián)網(wǎng)上傳播的每一條信息，從電子郵件中的段落到虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的3D圖形，都可能被沿途遇到的噪聲所改變，例如來自微波或藍(lán)牙設(shè)備的電磁干擾。通常情況下，數(shù)據(jù)被編碼，以便當(dāng)它們到達(dá)目的地時(shí)，解碼算法可以消除該干擾的負(fù)面影響并檢索出原始數(shù)據(jù)。
一直以來，大多數(shù)糾錯(cuò)碼和解碼算法都是一起設(shè)計(jì)的。因此，每個(gè)代碼都有一個(gè)與獨(dú)特的、高度復(fù)雜的解碼算法相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)，這往往需要專用硬件。由于有了 GRAND，它消除了對(duì)多種復(fù)雜硬件組件的需求。
為了理解 GRAND 的工作原理，讓我們把這些代碼看作是添加到原始數(shù)據(jù)末尾的冗余哈希值（1和0）。創(chuàng)建該哈希值的規(guī)則被存儲(chǔ)在一個(gè)特定的編碼本中。
當(dāng)編碼數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)，它們會(huì)受到擾亂信號(hào)的噪音的影響，這種噪音通常由電子設(shè)備產(chǎn)生。因此，當(dāng)它們（編碼數(shù)據(jù)和影響它們的噪聲）到達(dá)各自的目的地時(shí)，解碼算法檢查其編碼本，并使用哈希的結(jié)構(gòu)來猜測(cè)存儲(chǔ)的信息是什么。
GRAND 的工作方式是，它猜測(cè)影響信息的噪聲，并使用噪聲模式來推斷原始信息。它按照可能出現(xiàn)的順序生成一系列的噪聲序列，從收到的數(shù)據(jù)中扣除，并審查是否有密碼本中的密碼字。
這成為可能，因?yàn)樵肼曈幸粋€(gè)特定的結(jié)構(gòu)，允許算法猜測(cè)它可能是什么，盡管噪聲看起來是隨機(jī)的。麻省理工學(xué)院的研究人員 Muriel Médard 說，這類似于故障排除。
她舉了一個(gè)汽修廠的例子，說：“如果有人把他們的車帶到汽修廠，汽修師不會(huì)從把整個(gè)汽車映射到藍(lán)圖開始。相反，他們開始問--最可能出問題的是什么？也許它只是需要加油。如果這都不行，下一步是什么？也許電池沒電了。”
GRAND芯片內(nèi)部
GRAND 芯片采用三層結(jié)構(gòu)，包括第一級(jí)中最簡(jiǎn)單的可能解決方案，以及隨后兩級(jí)中更長(zhǎng)、更復(fù)雜的噪聲模式。因此，每個(gè)階段單獨(dú)運(yùn)作，這增加了系統(tǒng)的吞吐量并節(jié)省了電力。
另外，該設(shè)備被設(shè)計(jì)為在兩個(gè)編碼本之間無縫切換--一個(gè)破解編碼，而另一個(gè)加載新的編碼本，隨后切換到解碼，沒有任何停機(jī)或延遲。
就實(shí)驗(yàn)結(jié)果而言，研究人員發(fā)現(xiàn) GRAND 芯片可以有效地解碼任何長(zhǎng)度為128比特的冗余碼，只有大約一微秒的延時(shí)。
此前，麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)證明了該算法的成功。但是，通過最新的工作成果，他們已經(jīng)成功地在硬件中展示了 GRAND 的有效性和效率。Médard 說，為這種新型解碼算法開發(fā)硬件需要研究人員首先拋開他們的成見。
她說，他們本可以出去重復(fù)使用已經(jīng)在做的事情。但是，他們決定從頭開始重新思考每一個(gè)方面。“Médard補(bǔ)充說：“這是一個(gè)重新考慮的過程。”
接下來的工作
由于 GRAND 使用密碼本進(jìn)行驗(yàn)證，所以研究人員認(rèn)為該芯片不僅適用于傳統(tǒng)的密碼，而且可以用于甚至還沒有被引入的密碼。
例如，在5G實(shí)施的情況下，電信供應(yīng)商和監(jiān)管機(jī)構(gòu)努力尋找共同點(diǎn)，確定哪些代碼需要在新網(wǎng)絡(luò)中使用。不幸的是，監(jiān)管機(jī)構(gòu)往往傾向于在不同的場(chǎng)景下為5G基礎(chǔ)設(shè)施選擇傳統(tǒng)編碼。Médard說，利用 GRAND 可以幫助在未來消除對(duì)僵化的標(biāo)準(zhǔn)化的需求。
此外，研究人員認(rèn)為他們的芯片甚至可以開啟新一輪的編碼創(chuàng)新。她補(bǔ)充說：“我希望這將重塑討論，使其不那么以標(biāo)準(zhǔn)為導(dǎo)向，使人們能夠使用已經(jīng)存在的代碼并創(chuàng)造新的代碼。”
在未來幾個(gè)月，研究人員計(jì)劃用新版本的 GRAND 芯片解決圍繞軟檢測(cè)的問題，因?yàn)樵谲洐z測(cè)中收到的數(shù)據(jù)不太準(zhǔn)確。此外，他們還計(jì)劃測(cè)試該芯片破解更長(zhǎng)、更復(fù)雜代碼的能力，并進(jìn)一步調(diào)整硅芯片的結(jié)構(gòu)，提高其能源效率。
【來源：新浪VR】
