صورة مجهرية بصرية لمجموعة من الميكرود الكهربائي تحت خليط من الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار مع بلورات سائلةمع تباطؤ
قانون مور ، يقوم المهندسون بفحص الخيارات بعناية التي ستساعد على مواصلة الحوسبة عند استنفاد القانون. سوف يلعب الذكاء الاصطناعي بالتأكيد دورًا في ذلك. ربما أجهزة الكمبيوتر الكم. ولكن هناك أشياء غريبة في عالم الكمبيوتر ، وقد تم عرض بعضها في مؤتمر
IEEE الدولي حول إعادة تحميل الحوسبة في نوفمبر 2017.
أيضا ، تم عرض بعض الإصدارات الرائعة للحسابات الكلاسيكية ، على سبيل المثال ، الحسابات القابلة للعكس ورقائق التشكيل العصبي. بالإضافة إلى ذلك ، تم تقديم خيارات أقل شيوعًا للجمهور ، مثل الرقائق الضوئية ، وتسريع الذكاء الاصطناعي ، ومنطق المشط الميكانيكي النانوي ، ونظام التعرف على الكلام "متعدد الأبعاد". تسرد هذه المقالة كلا من الخيارات الغريبة والفعالة المحتملة.
الخلايا العصبية الكمومية الباردة
غالبًا ما يحسد المهندسون على كفاءة الطاقة المعجزة للدماغ. ينفق عصبون واحد حوالي 10 fJ (
10-15 J) مع كل إشارة. يعتقد مايكل شنايدر وزملاؤه في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) أنه يمكنهم الاقتراب من هذا الرقم باستخدام الخلايا العصبية الاصطناعية التي تم إنشاؤها من نوعين مختلفين من
اتصالات جوزيفسون . هذه أجهزة فائقة التوصيل تعتمد على نفق أزواج الإلكترونات عبر الحاجز ، وتعمل كأساس لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الأكثر تقدمًا التي تم إنشاؤها اليوم في المختبرات الصناعية. أحد خياراتهم ، اتصال جوزيفسون المغناطيسي ، له خصائص يمكن تغييرها أثناء الطيران ، وتغيير التيارات والمجالات المغناطيسية. يمكن استخدام كل من جهات الاتصال بطريقة تؤدي إلى زيادة الجهد الكهربي مع طاقات من أجل zeptojoule - أقل 100000 مرة من fJ [
أو 10 -21 J / تقريبًا. perev. ].
اكتشف علماء من NIST كيفية توصيل هذه الأجهزة معًا وتشكيل شبكة عصبية منها. في المحاكاة ، دربوا الشبكة العصبية على التعرف على ثلاثة أحرف (z ، v و n - الاختبار الأساسي للشبكات العصبية). من الناحية المثالية ، يمكن للشبكة التعرف على الحروف باستخدام 2 attojoules [10
-18 J] ، أو 2 fJ ، إذا قمت بتضمين إهدار الطاقة لتبريد هذا النظام إلى 4 K. المطلوب ، بالطبع ، هناك أوقات يعمل فيها كل شيء بشكل أقل مثالية. ولكن ، بافتراض أنه يمكن التخلص منها بمساعدة المهندسين ، يمكنك الحصول على شبكة عصبية تستهلك طاقة مماثلة للدماغ البشري.
حوسبة الأسلاك
في المعالجات المتقدمة ، يتم تعبئة الترانزستورات بإحكام شديد ، والتوصيلات التي تربطها بالدوائر أقرب إلى بعضها من أي وقت مضى. هذا يؤدي إلى تشويه عرضي عندما تتداخل إشارة من خط واحد مع جارها من خلال اتصال زائف. وبدلاً من محاولة تغيير المخطط لتجنب التشويه ، قرر
نافين كومار ماكا وزملاؤه في جامعة ميسوري ، كانساس سيتي ، الاستفادة منهم. وفقًا لما قاله اليوم ، قال ماك للمهندسين إن إشارة التداخل تعتبر خللاً. "والآن نريد استخدامه لعمل المنطق".
وجدوا أن ترتيبًا معينًا من الروابط المتبادلة يمكن أن يقلد تشغيل العناصر المنطقية والدوائر. تخيل أن خطوط الاتصال الثلاثة تسير بالتوازي. تطبيق الجهد على خط جانبي واحد أو خطين يؤدي إلى ظهور جهد زائف على الخط المركزي. بهذه الطريقة تحصل على عنصر منطقي OR مع إدخالين. بعد إضافته بعناية هنا وهناك على الترانزستور ، أنشأ الفريق عناصر AND و OR و XOR ، بالإضافة إلى دائرة تؤدي وظيفة النقل. تأتي الميزة عند مقارنة عدد الترانزستورات في منطقة معينة مع CMOS. على سبيل المثال ، تتطلب الدائرة المنطقية للتشويه المتقاطع ثلاثة ترانزستورات فقط لأداء XOR ، ويستخدم CMOS 14 ، ويأخذ مساحة ثالثة أكبر.
هاجم الفقاعة النانوية!
قام علماء ومهندسون من جامعة دورهام في إنجلترا بتدريس فيلم رقيق من المواد النانوية لحل مشاكل التصنيف ، على سبيل المثال ، للعثور على آفة سرطانية في صورة
الثدي الشعاعية . باستخدام خوارزميات ثورية ودائرة إلكترونية تم إنشاؤها خصيصًا ، أرسلوا نبضات كهربائية من خلال مجموعة من الأقطاب الكهربائية إلى مزيج من الأنابيب النانوية الكربونية المذابة في بلورات سائلة. بمرور الوقت ، تم تجميع الأنابيب النانوية - من بينها الموصلات وشبه الموصلة - ذاتيًا في شبكة معقدة تغطي الأقطاب الكهربائية.
كانت هذه الشبكة قادرة على تحقيق جزء رئيسي من مشكلة التحسين. علاوة على ذلك ، يمكنها أن تتعلم حل المشكلة الثانية ، إذا كانت أقل تعقيدًا من الأولى.
هل حلت هذه المشاكل بشكل جيد؟ في حالة واحدة ، كانت النتائج مماثلة للعمل البشري. في مكان آخر كانوا أسوأ قليلاً. ومع ذلك فمن المدهش أنه يعمل بشكل عام. تقول
Eleanor Vissol-Gaudin ، التي ساعدت في تصميم هذا النظام في دورهام: "علينا أن نتذكر أننا ندرب فقاعة من الأنابيب النانوية الكربونية في البلورات السائلة".
لوحات الدوائر السليكونية
عانى مطورو الكمبيوتر منذ فترة طويلة من عدم التوافق بين سرعة نقل البيانات وكفاءتها داخل المعالجات ، ومدى بطئها وخسارة نقلها بينهما. هذه المشكلة ، وفقًا لمهندسين من
جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، تتعلق بطبيعة أجسام الرقائق ولوحات الدوائر التي يتواصلون معها. لا تقوم الصناديق البلورية ولوحات الدوائر المطبوعة بتوصيل الحرارة بشكل جيد ، لذلك فهي تحد من استهلاك الطاقة ، وتزيد الطاقة اللازمة لنقل القطع من رقاقة إلى أخرى ، وتبطئ أجهزة الكمبيوتر عن طريق إضافة التأخيرات. تدرك الصناعة هذه العيوب وتركز بشكل متزايد على وضع عدة رقائق في مبيت واحد.
يعتقد بونيت جوبتا وزملاؤه في الجامعة أن أجهزة الكمبيوتر ستكون أفضل بكثير إذا تمكنا من التخلص تمامًا من علب الكريستال ولوحات الدوائر. يقترحون استبدال لوحة الدوائر المطبوعة بقطعة من ركيزة السيليكون. في مثل هذه "مادة السيليكون المتكاملة" ، يمكن ضغط رقائق بدون حالات معًا على مسافة 100 ميكرون فيما بينها ، وتوصيلها باستخدام نفس الموصلات المستخدمة في الدوائر المتكاملة - وهذا سيساعد على الحد من التأخير واستهلاك الطاقة ، بالإضافة إلى تطوير أكثر إحكاما النظام.
إذا كانت الصناعة تسير في هذا الاتجاه ، فستؤدي إلى تغيير في الدوائر المتكاملة المصنعة ، حسب قول جوبتا. ستساهم مادة السيليكون المتكاملة في فصل "الأنظمة على شريحة واحدة" إلى أجزاء أصغر تؤدي وظائف النوى المختلفة للأنظمة أحادية الشريحة. بعد كل شيء ، فإن الترتيب القريب للنوى على الشريحة لن يعطي ميزة خطيرة في غياب التأخير والكفاءة ، ومن الأرخص إنتاج رقائق أصغر. علاوة على ذلك ، يقوم السيليكون بتوصيل الحرارة بشكل أفضل من لوحات الدوائر المطبوعة ، لذلك يمكن زيادة سرعة هذه المعالجات إلى سرعات عالية على مدار الساعة دون القلق بشأن تبديد الحرارة.