Інженери продемонстрували «комп'ютер з повітря» — обчислення виконують радіохвилі

Протягом кількох останніх років інженерні групи працюють над цікавою проблемою — перетворенням взаємних радіоперешкод бездротового зв'язку на обчислювальні алгоритми. Аналоговий за своєю суттю радіосигнал відкритий для ряду обчислювальних операцій — складання та інших. З перешкодами не потрібно боротися — їх просто потрібно спрямувати в потрібне русло, і тоді обчислення відбуватимуться прямо в повітрі під час сеансів зв'язку.

Джерело зображення: ШІ-генерація Grok 4/3DNews

Не секрет, що в традиційних бездротових мережах основна проблема полягає в зростаючій перевантаженості спектра та збільшенні затримок при одночасній передачі великих обсягів даних від безлічі пристроїв. Це особливо помітно в сфері Інтернету речей, автономних автомобілів або розумних міст, де сенсори, камери та інші пристрої генерують величезний трафік, придатний для задач об'єднання даних або навчання моделей ШІ. Сьогодні цей ресурс втрачається, і настав час це змінити.

Класичний підхід розділяє комунікацію та обчислення, що призводить до неефективного використання ресурсів і високого енергоспоживання. Спочатку дані передаються з усіма можливими рішеннями для зниження шумів і корекції помилок, а потім обробляються, також з корекцією помилок, тоді як у повітрі під час передачі, завдяки законам фізики в області розповсюдження та взаємодії електромагнітних хвиль, можна виконувати цілий спектр обчислювальних операцій. Ця технологія отримала назву over-the-air computation (AirComp або OAC) — обчислення «в повітрі».

Замість придушення перешкод пристрої одночасно передають модуульовані сигнали, і їх накладення в повітрі виконує математичні операції — складання, усереднення, побудову гістограм або навіть матричні обчислення. Це радикально відрізняється від звичайних цифрових бездротових мереж, де інтерференція вважається ворогом і усувається за допомогою алгоритмів корекції помилок. Наприклад, однакові дані від різних сенсорів складаються в загальний сигнал, а приймач зчитує лише суму сигналів. Таким чином, мережа просто масштабуються з ростом кількості пристроїв, не вимагаючи передачі кожного пакета даних окремо.

Технологія вже протестована в лабораторних умовах. Наприклад, в Університеті Південної Кароліни на тестовому стенді з п'яти передавачів і базової станції навчали нейронну мережу розпізнавати зображення «в повітрі» без передачі сирих даних, досягнувши точності 95 %. Аналогічні демонстрації проводилися на засіданні IEEE 802.11 у березні 2025 року для інтеграції в Wi-Fi. Переваги очевидні: зниження затримок, економія енергії, підвищення ефективності спектра та збереження приватності, оскільки сирі дані недоступні для перехоплення.

Однак впровадження AirComp не таке просте. По-перше, потрібен зовсім інший рівень синхронізації фаз і часу, що поки що погано працює, особливо в умовах мобільності, коли фази сигналів «пливуть». По-друге, потрібні нові протоколи роботи бездротових мереж, сумісні з звичайним бездротовим зв'язком, а також відповідне апаратне забезпечення. Водночас технології зв'язку та обчислень розвинулися настільки, що інженери впевнені в швидкому — протягом п'яти років — появі «повітряних» розподілених обчислень. У будь-якому випадку нам просто нікуди буде діватися — ефір не гумовий, і краще розпорядитися ним з більшою користю.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки