Una nueva aproximación para lograr cómputo inalámbrico paralelo en memoria.

1 de junio de 2023 función

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Las tecnologías avanzadas de comunicación, como la red móvil de quinta generación (5G) y el Internet de las cosas (IoT), pueden beneficiarse enormemente de los dispositivos que pueden admitir comunicaciones inalámbricas mientras consumen una cantidad mínima de energía. Como la mayoría de los dispositivos existentes tienen componentes separados para realizar cálculos y transmitir datos, reducir su consumo de energía puede ser un desafío.

Investigadores de la Universidad de Nankín, la Universidad del Sureste y los Laboratorios de la Montaña Morada en China recientemente idearon un esquema de cómputo inalámbrico en memoria paralelo que realiza cálculos y transmisión inalámbrica concurrentemente en el mismo hardware. Este diseño, presentado en Nature Electronics, se basa en el uso de matrices cruzadas mermísticas, estructuras en forma de rejilla que contienen memristores, componentes eléctricos que pueden procesar y almacenar datos.

'En uno de nuestros trabajos anteriores publicado en Nature Nanotechnology, propusimos la realización de cómputo en memoria masivamente paralelo mediante la representación continua de tiempo de los datos en una matriz cruzada nanométrica', dice Shi-Jun Liang, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio reciente, a Tech Xplore.

'En este trabajo anterior, demostramos que las señales analógicas procesadas pueden ser transmitidas a través del módulo de RF. Inspirados por nuestros hallazgos, comenzamos a pensar si es posible explotar el cómputo en memoria basado en la matriz cruzada mermística para realizar la transmisión de datos digitales en paralelo de manera de consumo ultrabajo de energía, lo cual es deseable para los dispositivos de internet de las cosas inteligentes o de computación de borde".

El enfoque de cómputo inalámbrico en memoria introducido por Liang, Feng Miao y sus colegas utiliza las capacidades de cómputo en memoria analógica de los memristores para procesar también señales analógicas inalámbricas que son transmitidas o recibidas por un dispositivo. Esto podría mejorar enormemente la eficiencia energética de los dispositivos, alisando la marcada separación entre el dominio digital y analógico que caracteriza la mayoría de los diseños de tecnología actuales.

'Las características únicas de este paradigma de cómputo es que las señales inalámbricas que transportan información pueden ser procesadas (por ejemplo, moduladas o demoduladas) en la ruta de transmisión de datos en tiempo real y consumiendo una baja cantidad de energía', explicó Liang.

'En primer lugar, este enfoque puede reducir la demanda de conversor analógico a digital (ADC) utilizado en sistemas de comunicación inalámbrica y mejorar drásticamente la eficiencia energética de la comunicación digital inalámbrica en tiempo real. También identificamos un escenario de aplicación prometedor para los dispositivos memristivos, cuya aplicación práctica ha sido limitada por el ruido asociado con la variación del estado de conducción'.

Los investigadores crearon un sistema prototipo basado en su diseño propuesto y luego evaluaron su desempeño en una serie de pruebas. Descubrieron que transmite una secuencia binaria de 480 bits con una tasa de error de bit altamente prometedora de 0/480. Además, su dispositivo consume significativamente (es decir, aproximadamente dos órdenes de magnitud) menos energía que los dispositivos convencionales basados en convertidores digital-analógicos y analógico-digital.

En el futuro, el enfoque de cómputo inalámbrico en memoria paralelo introducido por Liang, Miao y sus colegas podría permitir el desarrollo de electrónica que consume menos energía y está mejor equipada para satisfacer altas demandas computacionales. Si bien el equipo ha probado hasta ahora su diseño para crear electrónica, también podría aplicarse potencialmente a dispositivos de comunicación inalámbrica acústica y óptica.

'Utilizar los dispositivos memristivos en la comunicación inalámbrica, donde no se requiere cálculo preciso, ofrece una gran oportunidad para la tecnología de cómputo en memoria analógica', añadió Miao. 'En un futuro próximo, planeamos trabajar en la integración a gran escala de matrices cruzadas memristivas en el sistema de comunicación inalámbrica y llevarlo hacia la aplicación en el mundo real'.

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