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功率/性能位:10月15日

概率计算;C语言的内存压缩;生物识别技术。

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概率计算
普渡大学和日本东北大学的研究人员建立了一个硬件演示概率计算机利用p位来进行类似量子计算机的计算。该团队表示,概率计算可以弥合经典计算和量子计算之间的差距,更有效地解决药物研究、加密和网络安全、金融服务、数据分析和供应链物流等领域的问题。

p位在2017年被提出,在任何给定时间都可以是0或1,并且在两者之间快速波动。

“有一部分有用的问题可以用量子位解决,也可以用p位解决。你可能会说p比特是‘穷人的量子比特’,”普渡大学电气与计算机工程教授Supriyo Datta说,他领导了提出p比特的小组。

与需要极低温度的量子位不同,p位在室温下工作。

该设备使用磁阻RAM (MRAM),经过修改后故意使其不稳定,允许p位波动。它与一个晶体管相结合,形成了一个三端单元,其波动可以被控制。8个这样的p位单元相互连接,组成了一台概率计算机。


研究人员首次展示了一种构建概率计算机的方法。该电路包括磁阻随机存取存储器设备(红色)的改进版本,以互连8个p位。(来源:普渡大学图片/Ahmed Zeeshan Pervaiz)

该电路能够解决整数因式分解计算,通常被认为是一个“量子”问题。虽然经典计算机能够进行整数因式分解,但研究人员表示,概率方法可以用更少的空间和能量来解决它们。

“在芯片上,这个电路将占据与晶体管相同的面积,但执行需要数千个晶体管才能执行的功能。它还可以通过大量p位的并行运算来加快计算速度,”普渡大学电气与计算机工程博士生Ahmed Zeeshan Pervaiz说。

虽然解决更复杂的问题需要数百个p位,但该团队表示,制造这样一个设备并不遥远。

C语言的内存压缩
马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员提出了一种方法减少内存需求C, c++和Objective C应用程序。这个系统叫做,是malloc的插件替代品,它使用虚拟内存操作来减少碎片。

马萨诸塞大学阿默斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的计算机科学教授埃默里·伯杰(Emery Berger)说,内存碎片对于用类c语言编写的程序来说是个大问题。“这就是内存被浪费的原因。想象一个俄罗斯方块的棋盘,你可以随时停下来重新组织它——这将使游戏变得简单得多,因为你总是可以挤出空白的空间。但你无法在C语言中做到这一点,就像你无法在《俄罗斯方块》中做到一样。”

Mesh使用虚拟内存在不改变对象地址的情况下执行内存压缩。

伯杰解释说:“诀窍是找到可以交错的内存块,有点像联锁齿轮啮合。”

Mesh以4K连续页面的范围管理内存。每个跨度只包含相同大小的对象,随机分配将对象均匀地随机分布在跨度中的所有可用偏移量上。

然后,Mesh搜索适合进行网格划分的跨度,其中利用率较低且分配处于非重叠偏移处。然后更新虚拟内存,使两个虚拟页指向相同的物理页。

“这种啮合过程之所以有效,是因为我们只改变‘物理’内存中的东西。从程序的角度来看,它只能看到“虚拟”内存,没有任何变化。这很强大,因为我们可以为任何应用自动做到这一点。”

在测试中,Mesh能够自动将Firefox web浏览器的内存需求减少16%,而只影响1%的运行时性能。该团队还将Mesh应用于Redis,这是一种流行的开源数据结构服务器,减少了39%的内存需求。

耳朵生物识别技术
布法罗大学和雪城大学的研究人员提出了一种解锁智能手机的新方法:耳朵生物识别技术.在街道和大学校园里,耳塞无处不在,受此启发,研究人员开始了一个项目,使用改良的耳塞通过耳道的独特几何形状来验证智能手机用户的身份。

“我们有很多学生在耳边戴着扬声器走来走去。这让我想知道我们还能用它们做些什么,”布法罗大学计算机科学与工程系副教授金占鹏说。

这个系统的原型叫做EarEcho,是用现成的入耳式耳机和一个微型麦克风制造出来的。该团队开发了声波信号处理技术,以限制噪声干扰,并建立了EarEcho组件之间共享信息的模型。

当一个声音传入某人的耳朵时,声音会通过耳道传播并被反射和吸收,产生一个独特的特征,可以被麦克风记录下来。签名通过耳塞的蓝牙发送到连接的智能手机进行分析。

Jin说:“声音是什么并不重要,每个人的耳朵都是不同的,我们可以在录音中表现出来。”“这种唯一性可以带来一种确认用户身份的新方式,相当于指纹识别。”

为了测试该设备,20名受试者听了包括各种演讲、音乐和其他内容的音频样本。研究小组在不同的环境环境中(在街上、购物中心等)进行了测试,并让受试者处于不同的姿势(坐着、站着、歪着头等)。

当给EarEcho 1秒的时间来验证受试者时,大约有95%的有效性。当它在3秒窗口内继续监测受试者时,分数提高到97.5%。

虽然EarEcho可以用来解锁智能手机,但该团队认为,持续监控最有价值,例如,用户在进行移动支付或其他需要指纹或密码认证的任务时,不需要验证自己的身份。金说:“很多人都戴上了耳机,你不需要做任何事情就能解锁手机。”



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