Nieuw onderzoek van de North Carolina State University heeft uitgewezen dat het combineren van digitale en analoge componenten in niet-lineaire, op chaos gebaseerde geïntegreerde schakelingen kunnen hun rekenkracht verbeteren door verwerking van een groter aantal inputs mogelijk te maken. Deze "best of both worlds"-benadering zou kunnen leiden tot circuits die meer berekeningen kunnen uitvoeren zonder hun fysieke omvang te vergroten.

Computerwetenschappers en ontwerpers worstelen om de wet van Moore bij te houden, waarin staat dat het aantal transistors op een geïntegreerde schakeling elke twee jaar zal verdubbelen om aan de verwerkingseisen te voldoen. Ze bereiken snel de grenzen van de fysica in termen van transistorgrootte - het is niet mogelijk om de transistors verder te verkleinen om meer op een chip te passen.

Op chaos gebaseerd, niet-lineaire circuits zijn voorgesteld als een oplossing voor het probleem, aangezien één circuit meerdere berekeningen kan uitvoeren in plaats van het huidige "één circuit, één taak" ontwerp. Echter, het aantal inputs dat kan worden verwerkt in chaos-based computing wordt beperkt door omgevingsgeluid, wat de nauwkeurigheid vermindert. Omgevingsruis verwijst naar willekeurige signaalschommelingen die kunnen worden veroorzaakt door temperatuurschommelingen, spanningsschommelingen of halfgeleiderdefecten.

"Ruis is altijd een groot probleem geweest in bijna alle technische toepassingen, inclusief computerapparatuur en communicatie, " zegt Vivek Kohar, postdoctoraal onderzoeker bij NC State en hoofdauteur van een paper waarin het werk wordt beschreven. "Ons systeem is niet-lineair en dus kan ruis nog problematischer zijn."

Om het probleem aan te pakken, de onderzoekers creëerden een hybride systeem dat een digitaal blok EN-poorten en een analoog niet-lineair circuit gebruikt om de berekening tussen de digitale en analoge circuits te verdelen. Het resultaat is een exponentiële vermindering van de rekentijd, wat betekent dat de output kan worden gemeten terwijl de op ruis gebaseerde afwijkingen nog steeds klein zijn. Kortom, de berekeningen worden zo snel uitgevoerd dat ruis geen tijd heeft om hun nauwkeurigheid te beïnvloeden.

Om de nauwkeurigheid verder te verbeteren, De voorgestelde oplossing van Kohar en zijn collega's koppelt meerdere systemen aan elkaar. Deze koppeling zorgt voor een vangnet dat het effect van op geluid gebaseerde afwijkingen in de eindfase vermindert.

"Denk aan bergbeklimmen, " zegt Kohar. "De klimmers kunnen individueel klimmen, maar als iemand uitglijdt, kan hij / zij een gevaarlijke val maken. Dus gebruiken ze touwen om ze met elkaar te verbinden. Als er een uitglijdt, de anderen zullen hun val voorkomen. Ons systeem ziet er ongeveer zo uit, waar alle systemen continu met elkaar verbonden zijn.

“De systemen zijn zo afgesteld dat op het moment van meten, ons systeem bevindt zich op de maxima of minima - de punten waar de effecten van geluid over het algemeen laag zijn en veel lager als de systemen gekoppeld zijn. Als we het voorbeeld van bergbeklimmen nog eens beschouwen, dit betekent dat we de gemiddelden nemen van klimmers wanneer ze zich op rustplaatsen bevinden zoals de top of in een vallei, waar de afstanden tussen hen het kleinst zijn."

Het onderzoek verschijnt in Fysieke beoordeling toegepast .