FUTURE | 远见 闵青云 选编
近日，南京大学物理学院缪峰教授、梁世军副教授团队基于忆阻器的存内计算特点，提出并实现了并行存内无线计算原型通信系统。该工作的相关研究成果以「Parallel in-memory wireless computing」（并行存内无线计算）为题于2023年5月8日在线发表在电子学国际顶级学术期刊《自然·电子学》(Nature Electronics)上。
南京大学物理学院博士后王聪和博士生阮恭杰为共同第一作者，缪峰教授、梁世军副教授、李遗祥副研究员为该工作的共同通讯作者，共同作者还包括东南大学和紫金山实验室张在琛教授、张川教授、吴亮副教授，南京理工大学程斌教授等。
在数据爆炸的信息时代，广大用户的通信需求爆发式增长，无线通信技术快速地更新迭代，从2G到现在的5G、以及不远的6G，数据传输速度不断提高。而随着通信技术的快速发展，传统数字无线通信技术中的瓶颈问题逐渐凸显出来。在现有的数字无线通信系统中，用于信号处理的数字计算单元（如CPU、GPU等）和用于发射/接收信号的模拟传输单元（如天线等）在硬件上是分离的，由于两个单元在不同的域工作，信号需要在数字域和模拟域之间不断地进行陡峭转换，导致巨大的能量损耗，极大削减了终端设备的续航能力。因此，如何设计出能够消除陡峭模数转换界面，且可以同步完成信号的计算与传输的全新硬件成为一个备受关注的议题。
面向上述挑战，近日，南京大学物理学院缪峰教授、梁世军副教授团队基于忆阻器的存内计算特点，提出并实现了并行存内无线计算原型通信系统。
在该工作中，该团队展示了基于忆阻器交叉阵列的发射机和接收机。利用忆阻器交叉阵列的存算一体特性，在信号传输的过程中对其进行了同步处理。相比于传统的数字无线通信技术，不仅在功能上将信号处理过程和信号传输过程合二为一，而且在功耗上有两个数量级的降低。在可拓展性方面，该工作展示了这种基于忆阻器交叉阵列的并行存内无线计算技术在多输入多输出无线电波、声学和光学无线通信中的巨大应用潜力。
图1 | 基于忆阻器交叉阵列的并行存内无线计算通信系统和传统数字无线通信系统的对比图
值得一提的是，在该工作中，研究团队利用忆阻器阵列作为硬件平台进行原理应用展示，但该并行存内无线计算技术可以被应用至包括相变存储器、铁电、闪存等在内的非易失存储器阵列中。未来万物互联时代，大量的边缘终端设备会对功耗极其敏感，该工作为解决这些设备之间的低功耗无线通信挑战提供了可行且通用的技术途径。
该工作得到了国家优秀青年科学基金、国家自然科学基金重点/面上项目、中科院先导B项目、中央高校基本科研业务费、以及固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心等的支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41928-023-00965-5
https://rdcu.be/dbEtQ
--南京大学
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