“微波大脑”芯片问世

美国康奈尔大学研究团队开发出一种低功耗微芯片，被称为“微波大脑”，这是首个能够利用微波物理原理同时处理超快数据信号和无线通信信号的处理器。相关成果发表在最新一期《自然·电子学》上。

据介绍，“微波大脑” 芯片通过微波物理原理直接处理频域信号，跳过了传统芯片所需的模数转换（ADC）和数模转换（DAC）步骤，显著降低了能耗。例如，其功耗低于 200 毫瓦，可在实时场景下完成雷达目标跟踪、无线电信号解码等任务，而传统芯片在类似任务中因信号转换环节往往需要数倍甚至数十倍的能耗。这种特性使其在物联网终端、移动设备等对续航敏感的场景中具有明显优势。

该芯片支持宽频带（数十吉赫兹）的瞬时调控，可通过软件编程灵活适配多种计算任务，如高速数据处理、通信信号调制解调等。相比之下，传统芯片的频段适配通常依赖硬件电路调整，灵活性较低。

受大脑启发，该神经网络通过可调谐波导构建出复杂的互连模式，具备识别模式和从数据中学习的能力。与依赖时钟同步和逐级执行数字指令的传统神经网络不同，该芯片在微波频段下以模拟方式运行，利用非线性物理行为直接处理信号，能够应对高达数十千兆赫兹的数据流，速度远超大多数现有数字芯片。

为了实现这一目标，此次设计中摒弃了许多传统电路设计原则。团队没有试图复制数字神经网络的结构，而是设计出一种更像受控频率“混沌系统”的结构，最终却能实现高性能的计算功能。

该芯片既能执行基本逻辑运算，也能完成复杂任务，例如识别特定的比特序列或计算高速数据流中的二进制值。在多种涉及无线信号类型的分类任务中，其准确率达到88%以上，与传统数字神经网络相当，但所消耗的功率和占用的空间仅为后者的极小一部分。

团队强调，在传统数字系统中，随着任务复杂度上升，必须增加电路规模、功耗和纠错机制来维持精度。而新方法基于概率性计算，能够在不增加系统开销的前提下，在简单和复杂任务中都保持高准确率。

芯片的主要开发者之一，博士生Bal Govind指出，“微波大脑” 芯片能够在宽频带上对微波信号进行可编程的瞬时调控，这种灵活性使其能够适配多种复杂的计算场景。无论是处理高速数据的实时分析，还是对无线通信信号的精准解码，该芯片都展现出了强大的适应性与高效性。这一特性使得 “微波大脑” 芯片在5G乃至未来6G通信、智能交通、国防安全等领域具有巨大的应用潜力。

康奈尔大学工程学院的 Alyssa Apsel 教授评价称，Bal Govind在研发过程中大胆摒弃了许多传统电路设计理念，没有完全模仿数字神经网络的结构，而是创造了一种看似更为复杂但功能强大的频率行为控制系统，最终实现了高性能计算。这种突破传统的设计思路，为芯片技术的发展带来了全新的视角与方法。