一种实现并行内存无线计算的新方法

第五代(5G)移动网络和物联网(IoT)等先进通信技术可以从支持无线通信且功耗最低的设备中受益匪浅。由于大多数现有设备都具有单独的组件来执行计算和传输数据，因此降低其能耗可能具有挑战性。

南京大学、东南大学和中国紫金山实验室的研究人员最近设计了一种并行内存无线计算方案，可以在同一硬件上同时执行计算和无线传输。《自然电子》杂志上介绍的这种设计基于忆阻交叉阵列的使用，这种网格状结构包含忆阻器和可以处理和存储数据的电子元件。

“在我们之前发表在《自然纳米技术》上的一篇论文中，我们提出了通过在纳米级交叉阵列中使用连续时间数据表示来实现大规模并行内存计算，”该研究的研究人员之一梁世军说道。最近的一项研究告诉TechXplore。

“在过去的论文中，我们证明了处理后的模拟信号可以通过射频模块进行传输。受到我们研究结果的启发，我们开始思考是否可以利用基于忆阻交叉阵列的内存计算来实现并行数字信号以超低功耗的方式进行数据传输，这对于智能物联网或其他边缘计算设备来说是理想的。”

梁、苗峰及其同事提出的内存无线计算方法利用忆阻器的模拟内存计算功能来处理设备发送或接收的模拟无线信号。这可以极大地提高设备的能源效率，平滑当前大多数技术设计所特有的数字和模拟领域之间的尖锐分离。

“这种计算范式的独特之处在于，可以在数据传输路径中实时处理(例如调制或解调)携带信息的无线信号，同时消耗少量功率，”梁解释道。

“首先，这种方法可以减少对无线通信系统中使用的ADC(模数转换器)的需求，并大幅提高实时无线数字通信的能源效率。我们的研究还确定了忆阻器件的一个有前景的应用场景，其实际应用受到与导通状态变化相关的噪声的限制。”

研究人员根据他们提出的设计创建了一个原型系统，然后通过一系列测试评估其性能。他们发现它传输480位的二进制流，误码率为0/480，非常有希望。此外，他们的器件比基于数模和模数转换器的传统器件消耗显着(即大约两个数量级)的功率。

未来，梁、苗及其同事引入的并行内存无线计算方法可以使电子产品的开发更加节能，并且能够更好地满足高计算需求。虽然该团队到目前为止已经测试了他们的设计以创建电子产品，但它也有可能应用于声学和光学无线通信设备。

“将忆阻器件应用于不需要精确计算的无线通信中，为模拟内存计算技术提供了巨大的机会，”苗补充道。“在不久的将来，我们计划致力于将忆阻交叉阵列大规模集成到无线通信系统中，并将其推向实际应用。”

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