Mikrovågshjärnchip slår samman AI och trådlös databehandling

Ett team av ingenjörer vid Cornell University har just skapat ett AI-drivet mikrochip som kan hantera både beräkningar och kommunikation i gigahertzhastigheter med minimal strömförbrukning. Mikrovågshjärnchippet kastar konventionell datavetenskap åt sidan till förmån för en neural nätverksdesign, vilket gör att det kan lära sig som en mänsklig hjärna.

Detta genombrott kan få en rungande effekt på allt från de mest avancerade AI-systemen till din framtida smartklocka. Så här kom det här teamet av innovativa forskare fram till hur man kan utnyttja mikrovågors kraft för att uppnå en ny nivå av beräkningskapacitet och vad det betyder för dig i framtiden.

Hur trådlösa nätverk fungerar idag

Digitala trådlösa nätverk är kärnan i dagens tekniska revolutioner. Dessa system är avgörande för att hålla den högteknologiska världen igång smidigt och kommunikationen intakt. Det första digitala trådlösa nätverket togs i bruk 1971. Det kallades ALOHA.net, en hyllning till University of Hawaii, som stödde forskningen,

Digitala trådlösa nätverk fungerar genom att omvandla digitala signaler till radiovågor. Dessa vågor skickas sedan via en överföring och tas emot genom en antenn. Härifrån avkodas signalen så att originaldatan kan extraheras säkert.

Problem med digitala trådlösa nätverk

Det finns flera problem som är inneboende i digitala trådlösa nätverk. Dessa flaskhalsar uppstår av flera anledningar, inklusive ett ständigt behov av att uppgradera hårdvara som antenner, processorer och andra digitala system för att hantera mer data. Dessutom är dessa nätverk strömslukande och kräver mer data för varje ny komponent som läggs till.

Tyvärr har digital trådlös teknik nått en platå vad gäller prestanda. Dessa system begränsas av sin struktur, som kräver att data organiseras och skickas genom binära logiska grindar som är synkroniserade med en klocka. Ett team av Cornell-ingenjörer insåg behovet av snabbare kommunikation för att hantera uppgifter som molnbaserad AI-beräkning och kom därför fram till en ny metod för att lösa dessa problem en gång för alla.

Studie av mikrovågschipshjärnan

An integrerat mikrovågsneuralt nätverk för bredbandsberäkning och kommunikation, publicerad¹ I Nature Electronics beskriver de en ny chipdesign som kan kringgå flera digitala signalbehandlingssteg för att uppnå hög prestanda från ett litet paket. Deras nya chipdesign fungerar som en mikrovågshjärna genom att den använder de unika egenskaperna hos dessa vågor, i kombination med ett avancerat neuralt nätverk, för att tillhandahålla kommunikations- och bearbetningsfunktioner från ett enda chip.

Inbyggd neural nätverksdesign

Som en del av denna metod skapade ingenjörerna ett anpassat AI-protokoll. AI-ramverket programmerades sedan direkt in i hårdvaran. AI:n gör det möjligt för systemet att läsa specifika data baserat på mikrovågans amplitud, fas och frekvens. På så sätt kan varje vågledare leverera massor av data direkt.

Källa - Cornell University

Använda mikrovågor för dataöverföring

I ett traditionellt digitalt trådlöst nätverk tillhandahåller elektriska neuroner kommunikationen. I denna strategi används dock kontrollerade utbrott av mikrovågsenergi. Dessa avstämbara mikrovågsvågledare bildar naturligt mönster.

Dessa mönster kan sedan upptäckas av AI:n, vilket möjliggör överföring på tiotals gigahertz och minskar fördröjningar i samband med digital kodning och avkodning. Idealiskt sett uppnår mikrovågsblandning och -propagering samma mål som flera programvaror när det gäller kodnings- och överföringskapacitet.

Analog mikrovågsfysik

Mikrovågors unika egenskaper gör dem idealiska för denna uppgift. För det första möjliggör deras ickelinjära beteende mer data i kodning tillsammans med ultrasnabb data- och trådlös signalbehandling. Denna metod kombineras med avstämbara vågledare och ett specialbyggt neuralt nätverk för att möjliggöra dataöverföringshastigheter på nästa nivå.

Mikrochip med låg effekt

Imponerande nog kräver mikrovågshjärnchippet bara en bråkdel av den energi som traditionella system behöver för att utföra liknande uppgifter. Detta lilla kiselmikrochip har en strömförbrukning på under 200 mW. Det kan uppnå denna ökade effektivitet genom att utföra dubbla uppgifter samtidigt, ultrasnabb databehandling och trådlös kommunikation.

AI-beräkningar i realtid

Mikrovågshjärnchippet har ökad känslighet tack vare AI:ns förmåga att känna igen mönster och lära sig som en mänsklig hjärna. Systemet skannar en kontrollerad mängd frekvensbeteenden i samband med klassificerande kodningsscheman för att uppnå högpresterande beräkningar. Chipets användning av mikrovågor ger hög känslighet och gör det möjligt att hantera beräkningar i realtid i frekvensdomänen, lågnivålogikfunktioner och en mängd andra komplexa uppgifter.

Testning och resultat av mikrovågschips för hjärnan

Ingenjörerna testade sitt system mot de bästa digitala alternativen för att se om deras koncept höll måttet. Testet innebar att klassificera trådlösa signaler och utföra beräkningar över ett brett spektrum av digitala överföringar. Resultaten av studien gav en viss inblick i framtiden för trådlös kommunikation.

Mikrovågshjärnchippet överträffade analoga och digitala trådlösa kommunikationsmetoder. Imponerande nog kunde systemet klassificera flera trådlösa signaltyper med en noggrannhet jämförbar med mycket större och dyrare digitala system. Mer specifikt noterade rapporten att AI:n uppnådde 88 % noggrannhet på flera klassificeringstester.

Ingenjörerna noterade också att de kunde anpassa systemet via tuners och signalskiftare i realtid. Denna funktion gör det möjligt för chipet att växla mellan AI-uppgifter direkt och utan prestandaförlust. Allt detta åstadkoms utan användning av digitala funktioner eller anpassade kretsar.

Svep för att skrolla →

Fördelar med mikrovågsugnschip

Det finns en lång lista med fördelar som studien av mikrovågsbaserade hjärnchip medför för marknaden. För det första öppnar den dörren för snabbare och mer tillförlitliga trådlösa nätverk och elektronik. Som sådan är det en viktig milstolpe inom trådlös kommunikation eftersom den representerar den första mikrovågsbaserade processorn som kan beräkna ultrasnabba data- och trådlösa kommunikationssignaler samtidigt.

Kompakt formfaktor för bärbara enheter

En annan stor fördel som bör nämnas är enhetens storlek. Detta kompakta kiselchip är bara en bråkdel av storleken hos liknande digitala system. Dess lilla storlek innebär att det en dag kan vara det som driver dina bärbara enheter eller smarta enheter.

Energieffektivitet under 200 mW

Mikrovågshjärnchippet byggdes för att använda minimal ström. Denna effektiva design utför höghastighetsuppgifter samtidigt som den kräver mindre än 200 milliwatt ström. Denna låga strömförbrukning uppnåddes tack vare hur mikrovågor fungerar och hårdvarans naturliga känslighet för förändringar i signalbeteende.

Hög noggrannhet

Den viktigaste fördelen med denna studie är att den visar hur detta lågkostnadssystem kan ge mycket noggranna resultat. Mikrovågshjärnchip eliminerar flera digitala hinder, såsom behovet av extra kretsar och felkorrigeringssystem. De känner naturligt av avvikelser i trådlös kommunikation och kan fungera fritt över flera mikrovågsfrekvenser.

Applikationer och marknadstidslinje

Det finns flera verkliga tillämpningar för mikrovågschipteknik för hjärnor. Den uppenbara användningen är i AI-system. Protokoll som ChatGPT och andra kräver omfattande dataöverföring och kommunikation. Denna senaste chipdesign suddar ut gränsen mellan kommunikationshårdvara och bearbetningssystem, vilket minskar kostnaderna och öppnar dörren för nästa generations AI-enheter.

Bärbara enheter och smarta enheter

Ingenjörerna pratade om hur deras arbete skulle kunna förbättra bärbar teknik. De föreställer sig att deras system ska göra det möjligt för mobiltelefoner och smartklockor att stödja lokala AI-system, snarare än att behöva kommunicera med molnet för varje uppgift. Denna strategi skulle kunna förbättra prestanda och tillgänglighet för dessa enheter framöver.

Säkerhetsapplikationer

En annan viktig användning av mikrovågshjärnchipet skulle vara att övervaka signalavvikelser över snabba digitala nätverk. Eftersom varje mikrovågsugn kan visa en enorm mängd data för systemet, gör det att dessa protokoll kan tillhandahålla realtidsskanning av trådlös trafik.

Mikrovågor är en avgörande del av radartekniken. Detta tekniska genombrott skulle därför kunna bidra till att ta spårnings- och målsöktekniken till nästa nivå. Framtida system kommer att spåra fler mål och till och med avkoda överfulla digitala kanaler i realtid.

Tidslinje för mikrovågsugnshjärnchip

Mikrovågshjärnchippet kommer att lanseras inom de kommande 5–7 åren. För det första har efterfrågan på högpresterande trådlösa system aldrig varit högre. Teamets användning av mikrovågor öppnar dörren för bättre prestanda och minskade omkostnader. Alla dessa faktorer kommer att driva investeringar, skalning och integration av mikrovågssystem.

Forskare på mikrovågschip-hjärnan

Cornell University var värd för studien om mikrovågshjärnan. I artikeln listas huvudforskarna Bala Govind, Maxwell G. Anderson, Fan O. Wu, Peter L. McMahon och Alyssa Apsel. Dessutom fick forskningen ekonomiskt stöd från Defense Advanced Research Projects Agency och Cornell NanoScale Science and Technology Facility.

Mikrovågs hjärnchip framtid

Framtiden för mikrovågshjärntekniken kommer att innefatta en satsning mot skalbarhet. Tekniken har visat sig effektiv, men nu måste ingenjörerna skala upp den för att se om den kan hantera den vansinniga mängden data som färdas över dagens mest avancerade digitala nätverk på ett säkert sätt.

Investeringar i digital kommunikation

Den digitala kommunikationssektorn är en mycket konkurrensutsatt marknad. Det finns flera stora företag som fortfarande är aktiva inom denna sektor och investerar miljoner i forskning och utveckling i hopp om att förbättra prestandan. Här är ett företag som fortfarande är ett ledande alternativ för investerare och en pionjär inom digital trådlös nätverkskommunikation.

InterDigital Inc

InterDigital Inc. (IDCC + 2.99%) grundades 1972 i Kung Preussen som International Mobile Machines Corporation. Företagets grundare, Sherwin Seligsohn, gick in på marknaden för att förbättra den tidens bärbara analoga radio- och trådlösa handhållna teknik.

Sedan dess har InterDigital Inc. kontinuerligt utökat sina produkter och skiftat fokus mot digitala system. År 1992 bytte företaget namn till InterDigital Communications Corp. för att återspegla sitt nya fokus på framväxande digitala trådlösa nätverk.

År 1998 säkrade InterDigital ett stort partnerskap med mobiltelefonleverantören Nokia. Det strategiska partnerskapet innebar att InterDigital hjälpte Nokia med utveckling och tillverkning av Nokias 3G-mobilnätkomponenter.

Än idag är Interdigital fortfarande en pionjär inom den trådlösa kommunikationssektorn. Intressant nog har de även utökat sin verksamhet till att omfatta AI-system och videobehandlingsverktyg. Som sådan kommer de som söker en tillverkare och forskare av trådlösa nätverkskomponenter att upptäcka att InterDigital har en lång och livlig historia på marknaden.

Senaste InterDigital Inc. (IDCC) aktienyheter och utveckling

Mikrovågs hjärnchip | Slutsats

Det bör noteras att mikrovågshjärnchippet har potential att revolutionera kommunikationssektorn. Ingenjörernas intuitiva tillvägagångssätt, i kombination med mikrovågornas unika egenskaper, bidrog till att göra denna forskning till en framgång. Nu kommer teamet att arbeta med andra forskare för att driva tekniken framåt, förhoppningsvis skapa kraftfullare och säkrare trådlösa nätverksalternativ för alla.

Läs om andra coola datorgenombrott Här.

Referenser:

^{1. Govind, B., Anderson, MG, Wu, FO et al. Ett integrerat mikrovågsneuralt nätverk för bredbandsberäkning och kommunikation. Nat Electron (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01422-1}