論文の概要: Maximum-Entropy Analog Computing Approaching ExaOPS-per-Watt Energy-efficiency at the RF-Edge

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.24975v1
• Date: Tue, 28 Oct 2025 21:17:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-30 15:50:44.791194
• Title: Maximum-Entropy Analog Computing Approaching ExaOPS-per-Watt Energy-efficiency at the RF-Edge
• Title（参考訳）: RF-EdgeにおけるExaOPS-per-Wattエネルギー効率の最大エントロピーアナログ計算
• Authors: Aswin Undavalli, Kareem Rashed, Zhili Xiao, Arun Natarajan, Shantanu Chakrabartty, Aravind Nagulu,
• Abstract要約: エントロピー生成の物理は,高性能かつエネルギー効率の良いアナログ計算システムの実装にどのように利用できるかを示す。 このアンサンブルの最大エントロピー状態は、マージンプロパゲーション(MP)分布に対応することを示す。 2Peta (1015$) Bit Operations per Watt (PetaOPS/W) at 8bitcision, 0.8 Exa (1018$) Bit Operations per Watt (ExaOPS/W) at 3-bitcision for RF data sampled at 4 GS/W。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.7445917991523536
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: In this paper, we demonstrate how the physics of entropy production, when combined with symmetry constraints, can be used for implementing high-performance and energy-efficient analog computing systems. At the core of the proposed framework is a generalized maximum-entropy principle that can describe the evolution of a mesoscopic physical system formed by an interconnected ensemble of analog elements, including devices that can be readily fabricated on standard integrated circuit technology. We show that the maximum-entropy state of this ensemble corresponds to a margin-propagation (MP) distribution and can be used for computing correlations and inner products as the ensemble's macroscopic properties. Furthermore, the limits of computational throughput and energy efficiency can be pushed by extending the framework to non-equilibrium or transient operating conditions, which we demonstrate using a proof-of-concept radio-frequency (RF) correlator integrated circuit fabricated in a 22 nm SOI CMOS process. The measured results show a compute efficiency greater than 2 Peta ($10^{15}$) Bit Operations per second per Watt (PetaOPS/W) at 8-bit precision and greater than 0.8 Exa ($10^{18}$) Bit Operations per second per Watt (ExaOPS/W) at 3-bit precision for RF data sampled at rates greater than 4 GS/s. Using the fabricated prototypes, we also showcase several real-world RF applications at the edge, including spectrum sensing, and code-domain communications.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, エントロピー生成の物理と対称性の制約が組み合わさって, 高性能でエネルギー効率のよいアナログ計算システムを実現する方法を示す。 提案フレームワークのコアとなるのは、標準的な集積回路技術で容易に製造できる装置を含むアナログ要素の相互結合によるメソスコピック物理系の進化を記述できる一般化された最大エントロピー原理である。 このアンサンブルの最大エントロピー状態はマージンプロパゲーション(MP)分布に対応し、アンサンブルのマクロ特性として計算相関や内部積に使用できることを示す。 さらに,22nm SOI CMOSプロセスで作製された概念無線周波数(RF)相関器集積回路を用いて,フレームワークを非平衡あるいは過渡的な動作条件に拡張することにより,計算スループットとエネルギー効率の限界を推し進めることができる。 その結果、Watt (PetaOPS/W) あたり2Peta (10^{15}$) ビット演算を8ビット精度で、Watt (10^{18}$) 当たり0.8Exa (10^{18}$) ビット演算を3ビット精度で4GS/s以上の速度でサンプリングしたRFデータに対して、演算効率が2Peta (10^{15}$) 以上のことがわかった。 また、試作機を用いて、スペクトルセンシングやコードドメイン通信など、実世界のRFアプリケーションをいくつか紹介する。

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