一种基于物理谐振特征匹配的无地址数据检索装置及方法与流程

本发明属于数据处理，尤其涉及一种基于物理谐振特征匹配的无地址数据检索装置及方法。

背景技术：

1、在确定性通信网络应用中，系统需要对海量的高频业务请求进行极低延迟的底层流匹配。例如，在处理tsn时间敏感网络服务流资源分配请求时，底层硬件必须将实时输入的多维网络流指纹参数与海量预设策略进行比对，以快速下发底层传输控制策略。

2、然而，现有的数据检索硬件架构在应对此类高维、高并发特征比对时面临显著的物理与结构瓶颈。首先，传统的基于随机存取存储器ram的寻址比对技术依赖中央处理器进行多次内存地址访存与哈希运算，不可避免地产生较高的总线传输延迟与执行时间抖动，无法满足确定性网络对纳秒级刚性延迟的严苛要求。

3、其次，为实现并行加速而采用的三态内容寻址存储器tcam完全依赖海量晶体管的数字布尔逻辑门进行状态翻转，当特征维度与策略表项不断扩展时，其高频翻转会产生极大的动态功耗与严重的芯片热效应，面积扩展成本极高。此外，现存部分基于模拟信号匹配的探索方案中，由于缺乏严密的硬件级侧向竞争抑制电路，当网络流中出现多组高度相似的指纹参数时，多个存储物理节点极易同时被激发产生近似的电平响应，从而导致输出总线上的硬件信号串扰与假阳性误判，无法确保检索指令的唯一性与准确提取。

技术实现思路

1、为了解决高并发网络特征检索场景下，传统寻址架构存在的访存延迟抖动大、数字布尔逻辑硬件并行匹配功耗过高，以及现有模拟匹配机制易因多节点同时响应引发硬件串扰的技术问题，本发明提出了一种基于物理谐振特征匹配的无地址数据检索装置及方法。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种基于物理谐振特征匹配的无地址数据检索装置，包括：

4、特征波合成器，用于接收多维查询特征向量，并将所述多维查询特征向量转换为复合模拟激励信号；其中所述复合模拟激励信号包含多个正交子载波，且各所述正交子载波的振幅与初始相位由所述多维查询特征向量的各维度分量调制而成；

5、可编程谐振阵列，与所述特征波合成器通信连接，包含多个独立设置的无源谐振单元；每个所述无源谐振单元具有可调的本征谐振频率与本征相位响应，用于在接收到所述复合模拟激励信号时，根据其设定的所述本征谐振频率和所述本征相位响应与所述复合模拟激励信号进行物理干涉，并输出对应的共振电平；

6、竞争抑制与判决电路，分别与所述多个无源谐振单元的输出端电连接，用于实时监测各所述无源谐振单元输出的所述共振电平；当存在首个所述共振电平超过预设触发阈值的目标无源谐振单元时，所述竞争抑制与判决电路通过侧向抑制网络拉低其余无源谐振单元的参考电平以阻断输出，从而输出唯一指示所述目标无源谐振单元的胜出信号；

7、地址映射器，与所述竞争抑制与判决电路连接，用于接收所述胜出信号，并将所述胜出信号解析为对应的硬件标识，进而输出与所述硬件标识绑定的外部物理内存地址。

8、进一步的，所述特征波合成器包括多通道直接数字频率合成器阵列与正交调制器；

9、所述多通道直接数字频率合成器阵列用于将所述多维查询特征向量拆分为多个特征子段，并为每个所述特征子段生成对应基频的数字波形；

10、所述正交调制器与所述多通道直接数字频率合成器阵列连接，用于将所述数字波形转换为模拟信号，并叠加合成为所述复合模拟激励信号。

11、进一步的，所述可编程谐振阵列为微机电系统压电谐振腔阵列，所述无源谐振单元为压电谐振腔；

12、每一所述压电谐振腔内部集成有受电压控制的阻抗可调网络；所述阻抗可调网络用于接收外部施加的静态偏置电压，以改变所述压电谐振腔的局部机械刚度或电学边界条件，从而锁定其对应于特定数据特征的所述本征谐振频率与所述本征相位响应。

13、进一步的，所述竞争抑制与判决电路包括多个雪崩触发器与全局参考电压调节器；

14、每个所述无源谐振单元的输出端串联一个对应的所述雪崩触发器；当所述共振电平达到击穿电压时，所述对应的雪崩触发器导通并生成高电平脉冲作为所述胜出信号；

15、所述全局参考电压调节器的输入端并联于所有所述雪崩触发器的输出端，用于在接收到任一所述高电平脉冲的瞬时，向所有未导通的雪崩触发器的偏置端注入反向偏置电流。

16、进一步的，所述装置还包括全局模拟总线；所述复合模拟激励信号经由所述全局模拟总线，同相且等时地广播至所述可编程谐振阵列中的所有无源谐振单元。

17、进一步的，所述可编程谐振阵列中的各所述无源谐振单元利用频分复用机制，在所属的独立子频带内进行共振能量的跨射频周期非线性累加，以产生所述共振电平；其中，所述无源谐振单元的共振电平增长速率与其对所述复合模拟激励信号的匹配程度正相关，从而使得匹配程度最高的无源谐振单元优先达到所述预设触发阈值。

18、本发明还提出一种基于物理谐振特征匹配的无地址数据检索方法，应用于上述任一项所述的基于物理谐振特征匹配的无地址数据检索装置，包括以下步骤：

19、步骤s1、提取待入库数据的特征指纹，将其映射为多频带的谐振参数；向所述可编程谐振阵列中空闲的无源谐振单元施加偏置电压，以锁定所述无源谐振单元的本征谐振频率与本征相位响应；并在所述地址映射器中建立所述无源谐振单元的硬件标识与所述待入库数据所处物理存储地址的绑定关系；

20、步骤s2、获取包含检索条件的请求，提取所述多维查询特征向量；由所述特征波合成器调制生成对应的所述复合模拟激励信号，并将所述复合模拟激励信号广播至所述可编程谐振阵列；

21、步骤s3、各所述无源谐振单元根据自身设定的本征响应特性与所述复合模拟激励信号发生物理波干涉；其中，各所述无源谐振单元的共振电平增长速率与其对所述复合模拟激励信号的匹配程度正相关，匹配程度最高的目标无源谐振单元产生最强的建设性干涉，其共振电平随时间以最高速率非线性爬升；

22、步骤s4、所述竞争抑制与判决电路监测到所述目标无源谐振单元的所述共振电平率先达到预设触发阈值，触发所述侧向抑制网络屏蔽其余无源谐振单元的响应，并输出指示所述目标无源谐振单元的胜出信号至所述地址映射器，以调取目标数据。

23、进一步的，所述步骤s1中，所述空闲的无源谐振单元在所述偏置电压施加完毕后，进入零静态功耗的无源监听状态。

24、进一步的，所述步骤s4中触发所述侧向抑制网络的过程包括：在所述胜出信号产生的瞬间，在硬件回路上形成对所有其余无源谐振单元输出端的负增益反馈，阻断具有近似匹配特性的假阳性谐振单元的输出。

25、进一步的，所述方法应用于时间敏感网络业务的底层路由分配；所述包含检索条件的请求为tsn业务流资源分配请求，所述多维查询特征向量为所述tsn业务流资源分配请求中携带的网络流指纹参数；所述目标数据为与该网络流指纹参数相匹配的预设底层传输控制策略。

26、本发明的有益效果：

27、（1）本发明通过将多维查询特征转换为多频相位耦合的复合模拟激励信号，并利用全局模拟总线无差别广播至无源谐振阵列，将传统的离散数值比对转化为物理连续波干涉过程，检索延迟仅取决于物理信号的传播时间与共振电平的累加时间，且不随特征库表项容量的增加而延长，契合时间敏感网络tsn等对刚性低延迟和确定性执行时间有严苛要求的应用场景；

28、（2）本发明采用独立的无源谐振单元替代数字逻辑门阵列，在配置完成后空闲谐振单元即进入零静态功耗的无源监听状态；匹配过程中，也无需进行大规模的数字门状态同步翻转，而是依靠物理介质的局部机械刚度或电学特性进行自然干涉，从根本上消除了超大规模并行匹配带来的芯片热效应，显著降低了系统的动态功耗与面积扩展成本；

29、（3）本发明设计了基于匹配度关联电平增长速率的非线性判决与竞争抑制电路，利用匹配度最高的谐振单元率先突破预设触发阈值的物理时序特性，在首个胜出信号产生的瞬间，通过硬件侧向抑制网络强制拉低全局参考电平，向所有未导通单元注入反向偏置电流，有效阻断了近似匹配节点的假阳性输出，保障了输出总线上硬件信号的绝对唯一性与检索准确率；

30、（4）本发明未试图用物理介质彻底替代现有的存储体系，而是将物理共振计算巧妙地封装为独立于cpu与标准存储器之外的旁路检索加速器，通过地址映射器将胜出的硬件标识重新转换为标准ram中的外部物理内存地址以提取实际数据载荷，既发挥了物理谐振阵列在特征并行比对上的极致性能，又无缝对接了现有成熟的计算机存储生态，大幅降低了该新型计算架构的工程落地与产业化门槛。

31、综上所述，本发明利用物理波干涉替代传统的数字布尔寻址，并结合硬件级侧向竞争抑制机制，在不颠覆现有存储生态的前提下，实现了一种具备 o(1) 级确定性低延迟、极低功耗且零假阳性误判的旁路数据检索加速方案。