Te contamos qué cosas nuevas pueden aparecer en los centros de datos y no solo en ellos.
/ foto jesse orrico UnsplashSe cree que los transistores de silicio se están acercando a su límite tecnológico. La última vez,
hablamos sobre materiales que pueden reemplazar al silicio y
discutimos enfoques alternativos para el desarrollo de transistores. Hoy hablamos de conceptos que pueden transformar los principios de funcionamiento de los sistemas informáticos tradicionales:
máquinas cuánticas, chips neuromórficos y computadoras basadas en ADN .
Computadoras de ADN
Este es un sistema que utiliza el poder computacional de las moléculas de ADN. Las cadenas de ADN consisten en cuatro bases nitrogenadas: citosina, adenina, guanina y timina. Al vincularlos en una secuencia específica, puede codificar información. Para modificar los datos, se utilizan enzimas especiales que, mediante reacciones químicas, completan las cadenas de ADN, además de cortarlas y acortarlas. Dichas reacciones pueden llevarse a cabo en diferentes partes de la molécula al mismo tiempo, lo que permite cálculos paralelos.
La primera computadora basada en ADN se introdujo en 1994.
Leonard Adleman, profesor de biología molecular y ciencias de la computación, usó varios tubos con miles de millones de moléculas de ADN para tratar de resolver
el problema
del vendedor ambulante para un gráfico de siete vértices. Adleman designó sus picos y costillas con fragmentos de ADN con veinte bases de nitrógeno, y luego aplicó el método de
reacción en cadena de la
polimerasa (PCR).
Un inconveniente de la computadora de Adleman era su "enfoque estrecho". Fue encarcelado por resolver un problema y no pudo realizar otros. Desde entonces, la situación ha cambiado: a fines de marzo, científicos de la Universidad de Maynooth y el Instituto de Tecnología de California
presentaron una computadora en la que los datos se descargan en forma de secuencias de ADN y se pueden reprogramar.
El sistema puede abrir el camino para un nuevo tipo de sistema informático, queda por resolver el problema de la entrada y salida lenta de datos (el proceso de secuenciación es bastante costoso y lleva mucho tiempo).
A pesar de las dificultades, los expertos
dicen que en el futuro, las computadoras de ADN del tamaño de las computadoras de escritorio modernas superarán en rendimiento a las supercomputadoras. Podrán encontrar aplicaciones en centros de datos dedicados al procesamiento de grandes conjuntos de datos.
Procesadores neuromórficos
El término "neuromórfico" significa que la arquitectura del chip se basa en los principios del cerebro humano. Tales procesadores emulan el trabajo de millones de neuronas con procesos llamados axones y dendritas. Los primeros son responsables de la transmisión de información, mientras que los segundos son responsables de su percepción. Las neuronas están interconectadas por sinapsis, contactos especiales a través de los cuales se transmiten señales eléctricas (impulsos nerviosos).
La creación de sistemas neuromórficos se discutió
en la década de 1990 . Pero en serio, comenzaron a trabajar en esta área después de la década de 2000. Los especialistas de IBM Research
participaron en el proyecto SyNAPSE, cuyo objetivo era desarrollar una computadora con una arquitectura diferente a la de von Neumann. Como parte de este proyecto, la compañía diseñó el chip
TrueNorth . Emula el trabajo de un millón de neuronas y 256 millones de sinapsis.
Los procesadores neuromórficos no solo funcionan en IBM. Intel ha estado
desarrollando el chip Loihi desde 2017. Se compone de 130 mil neuronas artificiales y 130 millones de sinapsis. Hace un año, la compañía
completó el desarrollo de un prototipo para la tecnología de proceso de 14 nm.
Los dispositivos neuromórficos pueden acelerar el entrenamiento de las redes neuronales. Tales chips, a diferencia de los procesadores clásicos, no necesitan acceder regularmente a registros o memoria para datos. Toda la información se almacena constantemente en neuronas artificiales. Esta característica le permitirá entrenar redes neuronales localmente (sin conectarse a un repositorio con un conjunto de datos de prueba).
Se espera que los procesadores neuromórficos encuentren uso en teléfonos inteligentes e Internet de las cosas. Pero hasta ahora, no hay necesidad de hablar sobre la implementación a gran escala de tecnología en dispositivos de usuario.
Máquinas cuánticas
La base de las computadoras cuánticas está formada por qubits. Su trabajo se basa en los principios de la física cuántica: entrelazamiento y superposición. La superposición permite que el qubit esté en un estado cero y uno al mismo tiempo. El enredo es un fenómeno en el que los estados de varios qubits están interconectados. Este enfoque permite operaciones con cero y uno al mismo tiempo.
/ foto IBM Research CC BY-NAComo resultado, las computadoras cuánticas resuelven varios problemas mucho más rápido que los sistemas tradicionales. Los ejemplos incluyen la construcción de modelos matemáticos en los campos financiero, químico y médico, así como las operaciones criptográficas.
Hoy, un número relativamente pequeño de empresas están involucradas en el desarrollo de la computación cuántica. Entre ellos están IBM con su computadora cuántica de
50 qubits , Intel con
49 qubits e InoQ, que está probando un
dispositivo de 79 qubits . También en esta área están
Google ,
Rigetti y
D-Wave .
Es muy temprano para hablar sobre la introducción masiva de computadoras cuánticas. Incluso si no tiene en cuenta el alto costo de los dispositivos, tienen serias limitaciones tecnológicas.
En particular, las máquinas cuánticas funcionan a temperaturas
cercanas al cero absoluto . Por lo tanto, dichos dispositivos se instalan solo en laboratorios especializados. Esta es una medida necesaria para proteger qubits frágiles que pueden mantener la superposición por solo unos segundos (cualquier fluctuación de temperatura conduce a su
decoherencia ).
Aunque a principios de año, IBM
introdujo una computadora cuántica que puede funcionar fuera del laboratorio con un entorno estrictamente controlado, por ejemplo, en los centros de datos locales de las empresas. Pero aún no puede comprar un dispositivo, solo puede alquilar su energía a través de una plataforma en la nube. La compañía promete que en el futuro cualquiera puede comprar esta computadora, pero aún no se sabe cuándo ocurrirá.
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