Micrographie optique d'un réseau de microélectrodes sous un mélange de nanotubes de carbone à paroi simple avec des cristaux liquidesÀ mesure que
la loi de Moore ralentit
, les ingénieurs examinent attentivement les options qui aideront à continuer à calculer lorsque la loi sera épuisée. L'intelligence artificielle y jouera certainement un rôle. Peut-être des ordinateurs quantiques. Mais il y a des choses plus étranges dans l'univers informatique, et certaines d'entre elles ont été présentées lors de la
conférence internationale de l'
IEEE sur le rechargement de l'informatique en novembre 2017.
En outre, il a été montré des versions intéressantes de calculs classiques, par exemple, des calculs réversibles et des puces neuromorphiques. De plus, des options moins connues du public ont été présentées, telles que des puces photoniques, une accélération de l'IA, une logique de peigne nanomécanique et un système de reconnaissance vocale "hyper-dimensionnel". Cet article répertorie les options étranges et potentiellement efficaces.
Neurones quantiques froids
Les ingénieurs envient souvent l'efficacité énergétique miraculeuse du cerveau. Un seul neurone dépense environ 10 fJ (10
-15 J) avec chaque signal. Michael Schneider et ses collègues du National Institute of Standards and Technology (NIST) pensent qu'ils peuvent s'approcher de ce chiffre en utilisant des neurones artificiels créés à partir de deux types différents de
contacts Josephson . Ce sont des dispositifs supraconducteurs basés sur la tunnelisation de paires d'électrons à travers la barrière, et servant de base aux ordinateurs quantiques les plus avancés créés aujourd'hui dans les laboratoires industriels. L'une de leurs options, le contact magnétique Josephson, a des propriétés qui peuvent être modifiées à la volée, changeant les courants et les champs magnétiques. Les deux contacts peuvent être utilisés de manière à produire des surtensions avec des énergies de l'ordre d'un zeptojoule - 100 000 fois moins que fJ [
ou 10 -21 J / env. perev. ].
Les scientifiques du NIST ont découvert comment connecter ces appareils entre eux et former un réseau neuronal à partir d'eux. Dans la simulation, ils ont formé le réseau neuronal à reconnaître trois lettres (z, v et n - le test de base des réseaux neuronaux). Idéalement, le réseau pourrait reconnaître des lettres utilisant seulement 2 attojoules [10
-18 J], ou 2 fJ, si vous incluez le gaspillage d'énergie pour refroidir ce système aux 4 K. requis Bien sûr, il y a des moments où tout fonctionne beaucoup moins parfaitement. Mais, en supposant qu'ils puissent être éliminés avec l'aide d'ingénieurs, vous pouvez obtenir un réseau neuronal qui consomme de l'énergie comparable au cerveau humain.
Wire Computing
Dans les processeurs avancés, les transistors sont très serrés et les connexions qui les connectent aux circuits sont plus proches les unes des autres que jamais. Cela conduit à une distorsion croisée lorsqu'un signal provenant d'une ligne interfère avec son voisin via une connexion parasite. Au lieu d'essayer de changer le schéma pour éviter la distorsion,
Navin Kumar Maka et
ses collègues de l'Université du Missouri, Kansas City, ont décidé d'en profiter. Selon l'opinion d'aujourd'hui, un signal parasite est considéré comme un problème, a déclaré Mac aux ingénieurs. "Et maintenant, nous voulons l'utiliser pour le travail de la logique."
Ils ont constaté qu'un certain arrangement de connexions mutuelles peut imiter le fonctionnement des éléments et des circuits logiques. Imaginez que trois lignes de communication vont en parallèle. L'application d'une tension à une ou deux lignes latérales entraîne l'apparition d'une tension parasite sur la ligne centrale. De cette façon, vous obtenez un élément logique OU avec deux entrées. Après avoir soigneusement ajouté ça et là sur le transistor, l'équipe a ainsi créé les éléments AND, OR et XOR, ainsi qu'un circuit assurant la fonction de transfert. L'avantage vient lorsque vous comparez le nombre de transistors dans une zone donnée avec CMOS. Par exemple, un circuit logique à distorsion croisée ne nécessite que trois transistors pour effectuer le XOR, et le CMOS en utilise 14, et occupe un tiers d'espace supplémentaire.
Attaquez la nanobulle!
Des scientifiques et des ingénieurs de l'Université de Durham en Angleterre ont enseigné un film mince de nanomatériaux pour résoudre des problèmes de classification, par exemple, pour trouver une lésion cancéreuse sur une
mammographie . À l'aide d'algorithmes révolutionnaires et d'un circuit électronique spécialement créé, ils ont envoyé des impulsions électriques à travers un réseau d'électrodes à un mélange de nanotubes de carbone dissous dans des cristaux liquides. Au fil du temps, les nanotubes - parmi lesquels étaient à la fois conducteurs et semi-conducteurs - se sont auto-assemblés en un réseau complexe qui recouvrait les électrodes.
Ce réseau a pu répondre à un élément clé du problème d'optimisation. De plus, elle pourrait apprendre à résoudre le deuxième problème, s'il était moins compliqué que le premier.
A-t-elle bien résolu ces problèmes? Dans un cas, les résultats étaient comparables au travail humain; dans un autre, c'était un peu pire. Et pourtant, il est surprenant que cela fonctionne généralement. «Nous devons nous rappeler que nous formons une bulle de nanotubes de carbone dans des cristaux liquides», explique
Eleanor Vissol-Gaudin , qui a aidé à concevoir ce système à Durham.
Cartes de circuits imprimés en silicone
Les développeurs d'ordinateurs souffrent depuis longtemps d'un décalage entre la vitesse et l'efficacité avec lesquelles les données se déplacent à l'intérieur des processeurs et la vitesse et la perte avec lesquelles elles se déplacent entre elles. Ce problème, selon les ingénieurs de
l'Université de
Californie à Los Angeles , est lié à la nature des corps des puces et des circuits imprimés avec lesquels ils communiquent. Les boîtiers en cristal et les cartes de circuits imprimés ne conduisent pas bien la chaleur, ils limitent donc la consommation d'énergie, augmentent l'énergie nécessaire pour transférer des bits d'une puce à une autre et ralentissent les ordinateurs en ajoutant des retards. L'industrie comprend ces lacunes et se concentre de plus en plus sur le placement de plusieurs puces dans un même boîtier.
Punit Gupta et ses collègues universitaires pensent que les ordinateurs seraient bien meilleurs si nous pouvions nous débarrasser complètement des boîtiers en cristal et des circuits imprimés. Ils suggèrent de remplacer la carte de circuit imprimé par un morceau de substrat de silicium. Sur un tel «matériau de silicium intégral», les puces sans boîtier peuvent être pressées ensemble à une distance de 100 microns entre elles, et connectées en utilisant les mêmes conducteurs que ceux utilisés dans les circuits intégrés - cela aidera à limiter les retards et la consommation d'énergie, ainsi qu'à développer un boîtier plus compact système.
Si l'industrie va dans cette direction, cela entraînera un changement dans les circuits intégrés fabriqués, explique Gupta. Le matériau intégral en silicium contribuera à la séparation des "systèmes sur une seule puce" en parties plus petites qui remplissent les fonctions des différents cœurs des systèmes à puce unique. Après tout, la disposition étroite des cœurs sur la puce ne donnera plus un avantage sérieux en l'absence de retards et d'efficacité, et il est moins coûteux de produire des puces plus petites. De plus, le silicium conduit mieux la chaleur que les cartes de circuits imprimés, de sorte que ces processeurs peuvent être overclockés à des vitesses d'horloge élevées sans se soucier de la dissipation thermique.