Hãy tưởng tượng một thế giới mà đồng hồ thông minh của bạn có thể hoạt động hàng tuần mà không cần sạc lại và máy bay không người lái phản hồi tức thì với các lệnh. Sự phát triển của các phương pháp mới để xử lý tín hiệu tần số vô tuyến đang đưa điều này đến gần hơn với thực tế. Các bộ thu phát vô tuyến được định nghĩa bằng phần mềm (SDR) ngày nay, mặc dù đa năng, nhưng vẫn gặp phải những hạn chế cơ bản. Kiến trúc kỹ thuật số của chúng đòi hỏi việc trao đổi dữ liệu liên tục giữa bộ nhớ và bộ xử lý, gây tốn điện năng và tạo ra độ trễ.
Vấn đề càng trở nên trầm trọng hơn với các bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Các linh kiện này chuyển đổi tín hiệu thực thành các bit kỹ thuật số, nhưng phải trả giá bằng công suất và độ trễ tăng thêm. Các kỹ sư đã tìm kiếm cách xử lý tín hiệu trực tiếp ở dạng tương tự trong nhiều thập kỷ. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Massachusetts Amherst, Đại học Texas A&M và Tetramem Inc. đã đạt được một bước đột phá. Sản phẩm trí tuệ của họ, hệ thống memristor trên chip (SOC), lấy cảm hứng từ bộ não con người.
“Bộ não không chuyển đổi dữ liệu cảm giác thành số 1 và số 0”, các nhà khoa học giải thích. “Nó trích xuất tinh túy của thông tin dưới dạng tương tự, giúp tiết kiệm năng lượng.” Yếu tố then chốt của sự phát triển này là một mạng lưới các memristor, các thiết bị bộ nhớ không bay hơi được tích hợp vào chip. Mạng lưới này tạo thành một ma trận tính toán, nơi quá trình xử lý tín hiệu diễn ra ngay tại vị trí lưu trữ dữ liệu. Giống như tế bào thần kinh, memristor tự động điều chỉnh “trọng số synap” để phân tích luồng tần số vô tuyến.
Kết quả, được công bố trên tạp chí Nature Electronics, thật đáng kinh ngạc. Các thử nghiệm đã cho thấy độ trễ giảm hai bậc so với SDR truyền thống, đồng thời giảm mức tiêu thụ điện năng. Hệ thống này thể hiện độ chính xác đáng kinh ngạc trong việc nhận dạng máy phát và phát hiện bất thường. Kiến trúc của nó phân bổ các tác vụ giữa mười lõi chuyên biệt, cho phép xử lý các tín hiệu phức tạp mà không bị tắc nghẽn.
Điều này có ý nghĩa gì đối với ngành công nghiệp? Hãy tưởng tượng các trạm gốc 6G xử lý hàng terabyte dữ liệu với độ trễ micro giây. Hay các thiết bị cấy ghép y tế hoạt động trong nhiều năm mà không cần thay pin. "SoC của chúng tôi không chỉ là một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm", những người sáng tạo nhấn mạnh. "Chúng tôi đang điều chỉnh công nghệ để tích hợp vào các tiêu chuẩn Wi-Fi và mạng thế hệ thứ sáu trong tương lai."
Công việc hiện đang được tiến hành trên các phiên bản có khả năng mở rộng của hệ thống, hỗ trợ tần số cao hơn. Tiềm năng này vượt ra ngoài lĩnh vực viễn thông, từ cảm biến công nghiệp tự động đến hệ thống thành phố thông minh. Cuộc cách mạng memristor mới chỉ bắt đầu, nhưng hứa hẹn sẽ viết lại các quy tắc của truyền thông không dây, giúp nó nhanh như chớp và tiết kiệm năng lượng đáng kinh ngạc. Như một nhà phát triển đã nói, "Chúng tôi không cải thiện một mô hình cũ - chúng tôi đang tạo ra một mô hình mới."
