想象一下，使用网上银行应用程序将钱存入你的账户。像所有通过互联网发送的信息一样，这些通信可能会被噪声破坏，噪声会在数据中插入错误。
为了克服这个问题，发送方在传输数据之前对数据进行编码，然后接收方使用解码算法来纠正错误并恢复原始消息。在某些情况下，接收到的数据带有可靠性信息，这有助于解码器找出传输中可能出现的错误。
通过网络发送到电脑或移动设备或从电脑或移动设备接收的数据经过编码，不会被噪音破坏。ORBGRAND解码器芯片能够以比其他技术更快、更节能的方式破解任何这些代码。（来源：MIT）
麻省理工学院（MIT）和合作者开发了一种解码器芯片，它采用了一种新的统计模型，以一种比传统技术更简单和更快的方式使用这种可靠性信息。
他们的芯片使用了团队之前开发的通用解码算法，可以解开任何纠错码。通常，解码硬件只能处理一种特定类型的代码。这种新的通用解码芯片打破了节能解码的记录，性能比其他硬件好10-100倍。
这一进步可以使移动设备拥有更少的芯片，因为它们不再需要单独的硬件来支持多种代码。这将减少制造所需的材料量，降低成本，提高可持续性。通过降低解码过程的能耗，该芯片还可以提高设备性能，延长电池寿命。这对于增强和虚拟现实（AR/VR）以及5G网络等要求苛刻的应用可能特别有用。
“这是第一次有人突破每比特1皮焦的解码门槛，大致相当于你在系统内部传输一比特所需要的能量。这曾经是一个很大的象征性阈值，但它也改变了接收器中从能源角度来看可能是最紧迫的部分的平衡——我们可以将它从解码器转移到其他元件，”Muriel Médard说，他是NEC软件科学与工程学院教授、电气工程和计算机科学系教授，也是一篇介绍新芯片的论文的合著者。
Médard的合著者包括第一作者Arslan Riaz，波士顿大学（Boston University）的研究生Rabia Tugce Yazicigil，波士顿大学电子与计算机工程助理教授Ken R. Duffy，以及麻省理工学院、波士顿大学和梅努斯大学的其他人。这项工作将在国际固态电路会议上展示。
更智能的分类
数字数据以比特（0和1）的形式在网络上传输。发送方通过添加纠错码对数据进行编码，纠错码是由0和1组成的冗余字符串，可以被视为哈希（hash）。关于这个哈希的信息保存在特定的代码簿中。接收端的解码算法是为这种特殊代码设计的，它使用代码簿和哈希结构来检索原始信息，这些信息可能被噪声搞乱了。由于每种算法都是特定于代码的，而且大多数都需要专用硬件，因此一个设备需要许多芯片来解码不同的代码。
研究人员此前演示了GRAND（猜测随机加性噪声解码），这是一种通用的解码算法，可以破解任何代码。GRAND的工作原理是猜测影响传输的噪声，从接收到的数据中减去该噪声模式，然后检查代码簿中剩余的内容。它按照可能出现的顺序猜测一系列噪声模式。
接收的数据通常带有可靠性信息，也称为软信息，有助于解码器判断哪些数据是错误的。名为ORBGRAND（有序可靠性位GRAND）的新解码芯片使用这种可靠性信息，根据每一位出错的可能性对数据进行排序。
但这并不像有序的一位数那么简单。虽然最不可靠的位可能是最有可能的错误，但是第三和第四最不可靠位一起可能与第七最不可靠位一样是错误的。ORBGRAND使用了一种新的统计模型，可以以这种方式对位进行排序，因为考虑到多个位放在一起就像一些单个位一样可能是错误的。
“如果你的车坏了，软信息可能告诉你可能是电池的问题。但是如果不仅仅是电池的问题，可能是电池和交流发电机一起导致了这个问题。这是一个理性的人解决问题的方式——你会说实际上可能是这两种情况一起出现，然后再往下看可能性小得多的情况。
这是一种比传统解码器更有效的方法，传统解码器会查看代码结构，其性能通常是为最差情况设计的。
“使用传统的解码器，你需要拿出汽车的蓝图，检查每一部分。你会发现问题，但这需要很长时间，你会感到非常沮丧，”Médard解释道。
一旦找到一个码字，ORBGRAND就停止排序，这通常很快。该芯片还采用并行化，同时生成和测试多种噪声模式，因此它可以更快地找到码字。因为解码器一旦找到码字就停止工作，即使它同时运行多个进程，它的能量消耗也保持较低。
破纪录的效率
当他们将该方法与其他芯片进行比较时，ORBGRAND以最高的精度解码，同时每比特仅消耗0.76皮焦的能量，打破了以前的性能记录。ORBGRAND的能耗比其他器件低10到100倍。
Médard说，开发新芯片的最大挑战之一就是降低能耗。有了ORBGRAND，现在生成噪声序列就是如此节能，而研究人员以前没有注意的其他过程，如检查代码簿中的代码字，就消耗了大部分精力。
“现在，这种检查过程就像打开汽车看它是否工作一样，这也是最难的部分。因此，我们需要找到更有效的方法来做到这一点，”她说。
该团队还在探索改变传输调制的方法，以便他们可以利用ORBGRAND芯片提高效率。他们还计划看看如何利用他们的技术更有效地管理重叠的多个传输。
原文链接：
https://news.mit.edu/2023/new-chip-demonstrates-energy-efficiency-decoding-0222
—煤油灯科技victorlamp.com翻译整理—
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