About / Advertise
Analogidatorer gör comeback i en liten men viktig nisch: felkorrigering. Om 18 månader hoppas tyska Aspien sätta sina första produkter på marknaden.
En ny typ av analoga beräkningskretsar kommer på sikt att sänka energinotan på bredbandig datakommunikation.Tillämpningen är felkorrigering - en uppgift som länge sågs som självklart digital. Men nu kommer analoga kretsar som utför arbetet hundra gånger snabbare. Alternativt på en hundradel av energin eller på en tiondel av kretsytan.
Fyra tyska forskare har grundat företaget Aspien och hoppas kunna släppa kretsar om 18 månader.
- Vårt sikte är inställt på områden där digital signalbehandling inte är praktiskt möjlig på grund av energikonsumtion eller värmeutveckling, säger Matthias Moertz, vd för Aspien.
Tekniken går att integrera på vanligt sätt i blandade signalkretsar.
- Vi har demonstrerat fungerande prototyper i kiselgermanium och BiCMOS. Nu fokuserar vi på standard-CMOS, berättar Matthias Moertz.
| Digital iteration blev analog rundgång. All dataöverföring störs av brus som då och då förvandlar ettor till nollor och tvärtom. Lösningen är att addera redundans så att bitfel resulterar i en omöjlig bitkombination hos mottagaren. Mottagarens utmaning är att rekonstruera originalsignalen. Den bästa gissningen är lätt att beskriva: det är den bitkombination som har störst sannolikhet att förvrängas till den mottagna kombinationen. Men med moderna koder är det en komplex uppgift att räkna fram gissningen. Man använder iterativa algoritmer som räknar på sannolikheter. Det var när han betraktade ett flödesschema över en sådan iteration som Professor Joachim Hagenauer - och oberoende av honom professor Hans Andrea Loeliger - fick associationen att schemat såg ut som ett återkopplat analogt system. Så vad skulle hända om man bytte ut de digitala signalerna och operationerna mot analoga? Det fungerade! Kretsens transistorer visade sig konvergera kontinuerligt mot den bästa gissningen. - Idealt ska insignalen vara analog. Men kvantifierade data går också bra, säger Matthias Moertz. Det är fortfarande ingen som riktigt förstår hur det fungerar. - Det är svårt att bevisa teoretiskt, säger Matthias Moertz. Även äldre ickeiterativa felrättningsmetoder kan effektiviseras med den analoga tekniken. Dock ej alla. - Viterbialgoritmen är svår att göra analog eftersom den innehåller beslutsfattande, säger John B Anderson. - Det som Hagenauer föreslog var en avkodare som kontinuerligt kryper mot ett svar istället för att fatta logiska beslut. Tyska Aspien har fler uppslag inom kommunikationsområdet, bland annat detektion och frekvensutjämning. Också dessa algoritmer finns i iterativa versioner. Det finns ytterligare områden, som bildbehandling och artificiella neuronnät, där analoga beräkningar visat sig både effektiva och pålitliga. Framgången för analoga avkodare inspirerar nu forskarna till att söka efter nya analoga implementationer av digitala algoritmer. |
Ger billigare turbokodning
Ett flertal provkretsar har tillverkats av forskargrupper runtom i världen och tekniken tycks hålla vad den lovar. Det som Aspien fruktar mest är att de etablerade asic- och dsp-leverantörerna ska hinna före med kretsar. Det mesta av tekniken finns nämligen beskrivet i öppen forskning.
I 50 år betraktades algoritmer för felkorrigering som självklara att implementera digitalt - det tycks ju handla om rent symboliska operationer.
Men så kom 90-talet med nya algoritmer för felkorrigering, som turbokodning. De gav ett mycket effektivare spektrumutnyttjande – i närheten av Shannons teoretiska gränser.
Mobilbranschen befinner sig i första ledet och utnyttjar turbokoder i 3G-näten redan idag. På tur står satellittevestandarden DVB-S och amerikanska rymdbolaget Nasas expeditioner.
Men turbokodning har ett problem: den är beräkningskomplex och kostar därmed både energi och tid.
Det är detta problem som de analoga avkodarna löser.
- Analoga avkodare kommer inte att helt och hållet slå ut de digitala. Däremot kan det visa sig att det kommer att bli möjligt att bygga nya produkter som stöder extremt höga datahastigheter. Eller som klarar sig på extremt lite energi, säger Matthias Moertz.
Uppmuntrad per telefon
Det var en forskarkollega till Matthias Moertz, professor Joachim Hagenauer, som först föreslog analog avkodning i en artikel 1997.
Först vägrade Joachim Hagenauer själv att tro att den verkligen fungerade.
- Jag trodde på idén mer än han själv gjorde i början, säger en annan kollega, John B Anderson på Lunds universitet.
- Jag ringde och uppmuntrade honom att tro på sin egen uppfinning.
John B Andersons egen forskning teoretiserar kring egenskaper hos felrättande koder.
- Den digitala tekniken har ju nått så långt idag - vi gör allt i datorprogram. Så det blev verkligen en chock när Hagenauer kom med sin uppfinning. Ett område som under femtio år betraktats som digitalt visade sig plötsligt vara effektivare att hantera analogt.
