Корнелльський чип «Мікрохвильовий мозок» використовує аналогову фізику для швидких обчислень

Дослідники з Корнелльського університету розробили низькопотужний мікрочип, названий «мікрохвильовий мозок», що представляє собою значну архітектурну зміну в обчислювальній техніці. Цей інтегрований кремнієвий мікрочип нейронної мережі є першим у своєму роді, здатним обробляти як надшвидкісні сигнали даних, так і сигнали бездротового зв'язку, використовуючи фундаментальну фізику мікрохвиль. Детальний опис цієї розробки було опубліковано у журналі «Nature Electronics» 14 серпня 2025 року.

Пристрій виконує обчислення у частотній області в режимі реального часу для складних завдань, таких як декодування радіосигналів, відстеження цілей радаром та обробка цифрових даних, демонструючи при цьому енергоефективність, що не перевищує 200 міліват. Архітектура чипа, розроблена як нейронна мережа, використовує взаємопов'язані моди, сформовані у настроюваних хвилеводах, що дозволяє йому розпізнавати патерни та навчатися на даних. На відміну від традиційних нейронних мереж, які покладаються на послідовні цифрові операції, ця система використовує аналогову та нелінійну поведінку в мікрохвильовому діапазоні.

Такий підхід дозволяє обробляти потоки даних на швидкостях у десятки гігагерц, що значно перевищує можливості більшості цифрових чипів, оскільки усувається значна частина етапів обробки сигналу. У ході тестування чип продемонстрував точність 88% або вищу у різних завданнях класифікації бездротових сигналів, що є порівнянним результатом із цифровими аналогами, але з часткою енергоспоживання та розміру. Фундаментальна відмінність цієї розробки полягає у застосуванні фізично-орієнтованого імовірнісного методу, який уникає значного апаратного навантаження та енергоспоживання, притаманних традиційним цифровим системам.

Робота над чипом була частиною більшого проєкту, частково фінансованого Національним науковим фондом (NSF) та підтриманого Агентством передових оборонних дослідницьких проєктів (DARPA) і Нанотехнологічним центром Корнелла. Дослідники, серед яких аспіранти Бал Говінд та Максвелл Андерсон під керівництвом Алісси Апсел, стверджують, що імовірнісний підхід дозволяє підтримувати високу точність без додаткових накладних витрат. Використання стандартних процесів виробництва CMOS вказує на життєздатний шлях до комерційної масштабованості цієї технології.

Потенціал цієї технології виходить за межі прискорення обробки сигналів, пропонуючи трансформаційний крок до обчислювальних систем наступного покоління, особливо для застосувань на периферії (edge computing). Зниження енергоспоживання до рівня менше 200 міліват дозволяє розгортання на таких пристроях, як мобільні телефони, забезпечуючи нативні моделі штучного інтелекту без постійної залежності від хмарних серверів. Оптимізм дослідників щодо масштабованості та інтеграції з існуючими платформами є обґрунтованим, що відкриває шлях до створення швидших та енергоефективніших рішень.