Un nuovo approccio per realizzare il calcolo parallelo in memoria wireless.

1 giugno 2023 funzione

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di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Le tecnologie avanzate di comunicazione, come la rete mobile di quinta generazione (5G) e l'internet delle cose (IoT), possono trarre grandi vantaggi da dispositivi in grado di supportare le comunicazioni wireless consumando una quantità minima di energia. Dato che la maggior parte dei dispositivi esistenti ha componenti separati per eseguire i calcoli e trasmettere dati, ridurre il loro consumo energetico può rappresentare una sfida.

Ricercatori dell'Università di Nanjing, dell'Università del Sud-Est e dei Laboratori Montagna Viola in Cina hanno recentemente ideato un sistema di calcolo wireless in memoria parallela che esegue parallelamente calcoli e trasmissioni wireless sull'hardware. Questo design, presentato in Nature Electronics, si basa sull'uso di reti a croce memoristiche, strutture a griglia contenenti memristori, componenti elettronici in grado di elaborare e memorizzare dati.

'In uno dei nostri lavori precedenti pubblicato in Nature Nanotechnology, abbiamo proposto la realizzazione di un calcolo in memoria parallela su larga scala utilizzando la rappresentazione continua dei dati in una rete a croce di dimensioni nanometriche', ha detto a Tech Xplore Shi-Jun Liang, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio recente.

'In questo articolo precedente, abbiamo dimostrato che i segnali analogici elaborati possono essere trasmessi tramite il modulo RF. Ispirati dai nostri risultati, abbiamo iniziato a pensare se fosse possibile sfruttare il calcolo in memoria basato sulla rete a croce memoristica per realizzare una trasmissione di dati digitali parallela in modalità a bassissimo consumo, ciò che è auspicabile per Internet delle cose intelligente o altri dispositivi di edge computing.'

L'approccio di calcolo wireless in memoria introdotto da Liang, Feng Miao e i loro colleghi utilizza le capacità di calcolo analogiche in memoria dei memristori per elaborare anche segnali analogici wireless trasmessi o ricevuti da un dispositivo. Ciò potrebbe migliorare notevolmente l'efficienza energetica dei dispositivi, levigando la netta separazione tra il dominio digitale e analogico che caratterizza la maggior parte dei design tecnologici attuali.

'Le caratteristiche uniche di questo paradigma di calcolo sono che i segnali wireless che veicolano informazioni possono essere elaborati (ad esempio, modulati o demodulati) nel percorso della trasmissione dei dati in tempo reale e consumando una bassa quantità di energia', ha spiegato Liang.

'Innanzitutto, questo approccio può ridurre la domanda di ADC (convertitori analogico-digitale) utilizzati nei sistemi di comunicazione wireless e aumentare drasticamente l'efficienza energetica della comunicazione digitale wireless in tempo reale. Il nostro studio identifica anche uno scenario di applicazione promettente per i dispositivi memoristici, l'applicazione pratica dei quali è stata limitata dal rumore associato alla variazione dello stato di conduzione.'

I ricercatori hanno creato un sistema prototipo basato sul loro design proposto e ne hanno valutato le prestazioni in una serie di test. Hanno scoperto che trasmette uno stream binario di 480 bit con un tasso di errore bit estremamente promettente di 0/480. Inoltre, il loro dispositivo consuma significativamente (ossia circa due ordini di grandezza) meno energia rispetto ai dispositivi convenzionali basati sui convertitori digitale-analogico e analogico-digitale.

In futuro, l'approccio di calcolo wireless in memoria parallela introdotto da Liang, Miao e i loro colleghi potrebbe consentire lo sviluppo di dispositivi elettronici che consumano meno energia e sono migliori adatti a soddisfare elevate esigenze di calcolo. Anche se finora il team ha testato il loro design per creare dispositivi elettronici, potrebbe potenzialmente essere applicato anche a dispositivi di comunicazione wireless acustici e ottici.

'Utilizzare i dispositivi memoristici nella comunicazione wireless, dove non è richiesta una precisione di calcolo elevata, offre una grande opportunità per la tecnologia di calcolo analogica in memoria', ha aggiunto Miao. 'In futuro prossimo, prevediamo di lavorare sulla grande integrazione della rete a croce di memristori nel sistema di comunicazione wireless e spingere verso l'applicazione concreta.'

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