Unos pocos transmisores de wifi y tu casa se convierte un coprocesador

Algunos transmisores de Wi-Fi y tu casa se convierte en un coprocesadorUniversidad de Washington

En informática, hemos llegado a aceptar la idea de que Más pequeño es mejor. Cuanto más pequeñas son las características de un chip, más los transistores que podemos colocar, se pueden hacer más cálculos.

Estoy muy emocionado de presentar lo contrario. Los investigadores son proponiendo una idea para agrandar su computadora. Estan sugiriendo Una forma extrema y sorprendente de coprocesamiento. Ellos quieren girar toda su casa en un coprocesador … utilizando el Wi-Fi local señal.

No te rías, porque toda la idea es asombrosa, innovadora, divertida, y tiene algo de ciencia interesante. Chris, demasiado emocionado, dice incluso puede resultar práctico (Chris sensible lo dice no lo hará).

�Por qué, usted puede estar preguntando, si queremos hacer esto en la primera �sitio? La verdadera respuesta es ver si podemos. Pero la respuesta dada a Las agencias de financiación es la gestión térmica. En un procesador moderno, si todos los transistores estaban trabajando todo el tiempo, sería imposible mantener fresco el chip. En cambio, partes del chip son poner a dormir, incluso si eso puede significar retrasar un cálculo.

Pero si, como hacemos con las tarjetas de video, cultivamos una gran parte de ciertos cálculos a un dispositivo separado, podríamos ser capaces de hacer un mejor uso del silicio disponible.

Rápido, haz que mi habitación juegue Doom

Entonces, ¿cómo se calcula con Wi-Fi en su habitación? Lo básico La premisa es que las ondas ya realizan cálculos a medida que se mezclan con entre sí, es solo que esos cálculos son aleatorios a menos que haz un esfuerzo para controlarlos.

Cuando dos ondas se superponen, medimos la combinación de las dos: La amplitud de una onda se agrega a la amplitud de la otra. Dependiendo de la historia de las dos ondas, una puede tener un efecto negativo. amplitud, mientras que el otro puede tener una amplitud positiva, permitiendo para cálculo simple. La idea aquí es controlar el camino que cada ola toma para que, cuando se suman, realicen el cálculo exacto que queremos que hagan.

El ejemplo clásico es la transformación de Fourier. Un Fourier transform toma un objeto y lo descompone en un conjunto de ondas. Si estas ondas se suman, el objeto se reconstruye. Usted puede vea un ejemplo de esto en la animación a continuación (haga clic en la imagen para iniciarlo).

Top left is the original image. La esquina superior derecha es el Fourier.  transformar.  Cuanto más lejos del centro, mayor es la frecuencia de  la ola.  Las áreas más brillantes indican ondas de mayor amplitud.  Fondo  derecha: las frecuencias utilizadas para crear una reconstrucción de la imagen  (abajo a la izquierda). Agrandar / Arriba a la izquierda es la imagen original. los top right is the Fouriertransform. The farther from the center, the higher the frequency ofthe wave. Brighter areas indicate larger amplitude waves. Bottomright: the frequencies used to create a reconstruction of the image(bottom left).

La transformación de Fourier, u otras transformaciones similares, es clave al procesamiento de imágenes. Para ponerlo en perspectiva, un Fourier típico la transformación de una imagen de un millón de píxeles tomará aproximadamente seis millones operaciones (Ese número proviene de un argumento general sobre cómo se requieren muchas operaciones para realizar una transformación de Fourier, no mediciones reales basadas en una arquitectura de computadora. Sin embargo, el argumento es generalmente correcto)

Ópticamente, una lente transforma la transformación de Fourier. Entonces un LCD la pantalla que muestra una imagen puede transformarse de Fourier usando una lente y un detector Excluyendo los tiempos de lectura, el tiempo de cálculo es el tiempo que lleva reunir suficiente intensidad en cada píxel, que podría ser tan pequeño como unos pocos femtosegundos. Más Es importante destacar que todas las transformadas de Fourier se realizan de esta manera, no No importa cuán grande sea el conjunto de datos, tómese la misma cantidad de tiempo.

Computación óptica práctica

Obviamente, esto podría proporcionar algunos cálculos muy eficientes. El problema en cuestión es codificar un problema en una onda de luz. La onda de luz debe dividirse en partes; piense en pasar luz a través de una cuadrícula, cada una de las cuales viaja a través de un circuito con caminos que proporcionan las condiciones necesarias para realizar el cálculo. Después de que las ondas se recombinan, la solución a la El cálculo se obtiene midiendo la intensidad de la luz en Diferentes puntos en el espacio.

Hacer esto con luz visible es posible pero bastante difícil. Para cada problema, debe fabricar un circuito a un nivel bastante alto tolerancias Entonces todo debe alinearse correctamente y probado Una vez hecho esto, piense de seis a 18 meses después, tiene el solución a su problema en un nanosegundo. El problema es ese el hardware solo resuelve ese problema específico; parece mucho de problemas para un solo cálculo, por lo que estos dispositivos son de laboratorio curiosidades por el momento.

La alternativa es tener un objeto que tenga muchos circuitos en el mismo. Piensa en un terrón de azúcar: un terrón de azúcar es blanco porque cada cristal dentro de él refleja y transmite luz en direcciones aleatorias Cada cara de cristal en el exterior del cubo. representa un punto de entrada al cubo. Desde el punto de entrada, el la luz viaja por un camino aleatorio hasta que finalmente sale. La aleatoriedad hace que el cubo parezca blanco, a pesar de que cada cristal dentro de él es Básicamente transparente.

Agrandar Yelena Yumchuck / Imágenes falsas

Azúcar y wifi

El cubo de azúcar se puede usar para realizar un cálculo midiendo el camino tomado por la luz desde cada punto de entrada al cubo (o, en práctica, el promedio de grupos de puntos de entrada). Entonces, cada uno de estos circuitos se pueden combinar de la manera correcta para un cálculo controlando dónde y cómo entra la luz al terrón de azúcar.

La computación a través de cristales de azúcar es muy prometedora, pero hay una Abajo. La longitud de onda de la luz es muy corta, así que si el cristal cambia incluso unos pocos nanómetros en relación a cómo brilla la luz el cristal, se realizará el cálculo incorrecto.

Lo que realmente necesitamos es algo que actúe como un cristal de azúcar. pero funciona a una escala mucho mayor y usa longitudes de onda más largas … como la habitación de un adolescente (no hay nada más aleatorio en el Universo) y wifi.

Eso es exactamente lo que hicieron los investigadores. Prepararon un falso habitación con cosas al azar dispersas por todas partes y coloca un conjunto de Cuatro antenas wifi en la habitación. Luego midieron el características de transmisión entre cada una de las cuatro antenas, de la misma manera que lo hacen los nodos Wi-Fi formadores de haces para optimizar los datos tarifas. La medición permitió a los investigadores comprender el diferentes caminos que toma la radiación y descubre cómo actuar cálculos

Al controlar la amplitud y la fase de radiación de cada antena, los investigadores demostraron la capacidad de realizar una cálculo (en este caso, una transformación de Fourier de cuatro bits). Cuatro bits no es mucho, pero es un comienzo. E incluso con la corriente implementación, los problemas más grandes se pueden dividir y calcular, siempre que el problema pueda codificarse como múltiples de cuatro bits cálculos

Sigue moviéndote durante el cálculo

El problema con el Wi-Fi, según los investigadores, es que es difícil matar. En nuestro ejemplo con la luz, la luz brilló en un cubo de azúcar, y se midió la producción. Las tres partes: obtener la luz adentro, dispersando la luz a través del cristal, y midiendo la luz — son independientes entre sí. El cubo de azucar el dispositivo que lo ilumina no lo cambia. sin embargo, el la antena que irradia la radiación de Wi-Fi también dispersará eso radiación unos nanosegundos más tarde a medida que la radiación se propaga en toda la habitacion. En otras palabras, el envío, medición y La dispersión de la radiación es interdependiente.

Los investigadores encontraron que la interdependencia agrega un desconocido componente a la amplitud medida en cada antena. Desde un perspectiva externa, el componente desconocido aparece al azar. Entonces, los investigadores promedian la contribución desconocida de distancia. En lugar de cada cálculo consistía en una sola medición, consistía de 150 medidas. Para cada medición, la sala fue modificada ligeramente, y la forma en que se transmitió la luz fue modificada. Theel promedio de estas mediciones produjo una precisión razonable cálculo.

�No computa?

La idea de que podría manipular la red Wi-Fi de mi hogar para realizar cálculos que de otra manera consumirían bastante tiempo es realmente genial, quiero uno ahora mismo. Incluso la necesidad de promediar la influencia de la dispersión de múltiples receptores no ha amortiguó mi entusiasmo.

El gran problema es que el poder de esta técnica aumenta con El número de antenas. Para realizar un Fourier de un millón de puntos Transforme de una vez, necesita … un millón de antenas Wi-Fi. Ese Parece una inversión bastante grande. Aún así, si usted, amable lector, donarlos, conseguiré que Lee Hutchinson los ponga en su casa y realizar algunos cálculos arcanos.

arXiv.org, 2018 arXiv: 804.03860

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