Fotonisch-elektronische hardware verwerkt 3D-gegevens

Onderzoekers van de Universiteit van Oxford, de Universiteit van Münster, de Universiteit van Heidelberg en de Universiteit van Exeter ontwikkelen geïntegreerde fotonisch-elektronische hardware in staat om driedimensionale gegevens te verwerken, wat volgens het team de parallelliteit van de gegevensverwerking voor AI-taken vergroot.

De onderzoekers voegden een extra parallelle dimensie toe aan de verwerkingscapaciteit van hun eerder ontwikkelde fotonische matrix vectorvermenigvuldigerchips door gebruik te maken van meerdere verschillende radiofrequenties om de gegevens te coderen.

“We gingen er eerder van uit dat het gebruik van licht in plaats van elektronica de parallelliteit alleen zou kunnen vergroten door het gebruik van verschillende golflengten, maar toen realiseerden we ons dat het gebruik van radiofrequenties om gegevens weer te geven een nieuwe dimensie opent, waardoor supersnelle parallelle verwerking voor opkomende AI-hardware mogelijk wordt”, zegt Bowei Dong. van de afdeling Materialen, Universiteit van Oxford.

Als testcase paste het team hun hardware toe op de taak om het risico op een plotselinge dood te beoordelen aan de hand van elektrocardiogrammen van hartziektepatiënten. Ze waren in staat om met succes 100 elektrocardiogramsignalen tegelijkertijd te analyseren, waardoor het risico op een plotselinge dood met een nauwkeurigheid van 93.5% werd geïdentificeerd.

De onderzoekers schatten verder dat deze aanpak, zelfs met een gematigde schaling van zes inputs x zes outputs, beter zou kunnen presteren dan de modernste elektronische processors, wat mogelijk een honderdvoudige verbetering van de energie-efficiëntie en de rekendichtheid zou opleveren. Het team verwacht in de toekomst verdere verbeteringen in het berekenen van parallellisme, door gebruik te maken van meer vrijheidsgraden van licht, zoals polarisatie en modusmultiplexing.

Dong, B., Aggarwal, S., Zhou, W. et al. Hoger-dimensionale verwerking met behulp van een fotonische tensorkern met continue tijdgegevens. Nat. Foton. (2023). https://doi.org/10.1038/s41566-023-01313-x

HSM gebouwd met open tools

Het HEP-onderzoeksconsortium onder leiding van het Leibniz Institute for High Performance Microelectronics gebruikte open EDA-tools om een ​​prototypisch ontwerp te definiëren, ontwerpen en vervaardigen hardware beveiligingsmodule (HSM)-chip binnen twee jaar. De HSM omvat een cryptoversneller en fraudebestendige beveiligingsfuncties.

De ontwikkeltools die in het proces werden gebruikt, werden geïntegreerd in een gemeenschappelijke ontwikkelomgeving en uitgebreid met ontbrekende functionaliteit. Dit omvatte de uitbreiding van de open hardwarebeschrijvingstaal SpinalHDL om de semi-geautomatiseerde implementatie van beveiligingseigenschappen mogelijk te maken, formele verificatie van de op RISC-V gebaseerde VexRiscv-processor en de ontwikkeling van een open source cryptoversneller.

Het team ontwikkelde ook een semi-automatische, open maskeertool om te voorkomen dat cryptografische berekeningen via zijkanalen worden gevolgd.

Het werk legt de basis voor de eerste Europese PDK die specifiek is ontworpen voor open tools, aldus de onderzoekers, die de Openlane open tool-keten hebben aangepast die wordt gebruikt om een ​​hardwarebeschrijving om te zetten in driedimensionale chipontwerpen voor een Europees fabricageproces.

De vervaardigde beveiligingschip werkt, maar bij ontwerp-open beveiligingsproducten ontbreken momenteel nog een open, niet-vluchtig geheugen en een open, fysieke generator van willekeurige getallen. Voor beide werken de projectpartners aan oplossingen. De code voor installatie op een FPGA is openbaar gemaakt.

Fabian Buschkowski et al, EasiMask-Towards Efficient, Automated, and Secure Implementation of Masking in Hardware, 2023 Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (2023) (2023). https://dx.doi.org/10.23919/DATE56975.2023.10137330

Arnd Weber et al, Verified Value Chains, Innovation and Competition, 2023 IEEE International Conference on Cyber ​​Security and Resilience (CSR) (2023). https://dx.doi.org/10.1109/CSR57506.2023.10224911

Kwantumfouten wissen

Onderzoekers van Caltech demonstreerden een manier om dit te doen vaststellen en corrigeren voor fouten in kwantumcomputersystemen die bekend staan ​​als ‘wisfouten’.

“Normaal gesproken is het heel moeilijk om fouten in kwantumcomputers op te sporen, omdat alleen al het zoeken naar fouten ervoor zorgt dat er meer fouten optreden”, zegt Adam Shaw, een afgestudeerde student aan Caltech. “Maar we laten zien dat we met enige zorgvuldige controle bepaalde fouten nauwkeurig kunnen lokaliseren en verwijderen zonder gevolgen, en dat is waar het verwijderen van de naam vandaan komt.”

Het team concentreerde zich op kwantumcomputers op basis van reeksen neutrale atomen. Concreet manipuleerden ze individuele aardalkali-neutrale atomen die opgesloten zaten in een ‘pincet’ gemaakt van laserlicht. De atomen werden opgewonden tot hoogenergetische Rydberg-toestanden, waarin naburige atomen met elkaar in wisselwerking treden.

“De atomen in ons kwantumsysteem praten met elkaar en veroorzaken verstrengeling”, zegt Pascal Scholl, een voormalig postdoctoraal onderzoeker bij Caltech en nu bij Pasqal. “De natuur houdt er echter niet van om in deze kwantumverstrengelde toestanden te blijven. Uiteindelijk gebeurt er een fout, waardoor de hele kwantumtoestand wordt verbroken. Deze verstrengelde toestanden kunnen worden gezien als manden vol appels, waarbij de atomen de appels zijn. Na verloop van tijd zullen sommige appels gaan rotten, en als deze appels niet uit de mand worden gehaald en vervangen door nieuwe, zullen alle appels snel rotten. Het is niet duidelijk hoe je deze fouten volledig kunt voorkomen, dus de enige haalbare optie vandaag de dag is om ze op te sporen en te corrigeren.”

Het nieuwe foutopsporingssysteem is zo ontworpen dat foutieve atomen fluoresceren of oplichten wanneer ze met een laser worden geraakt. “We hebben beelden van de gloeiende atomen die ons vertellen waar de fouten zitten, dus we kunnen ze buiten de definitieve statistieken houden of extra laserpulsen toepassen om ze actief te corrigeren,” voegde Scholl eraan toe.

Door fouten in hun Rydberg-atoomsysteem te verwijderen en te lokaliseren, beweert het team dat ze de algehele snelheid van verstrengeling kunnen verbeteren. In het onderzoek slaagde slechts één op de duizend atomenparen er niet in om verstrengeld te raken, een factor 1,000 verbetering ten opzichte van wat eerder werd bereikt.

Scholl, P., Shaw, AL, Tsai, R.BS. et al. Wisconversie in een hifi Rydberg-kwantumsimulator. Natuur 622, 273–278 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06516-4

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://semiengineering.com/research-bits-october-24/