पुराने एनालॉग कंप्यूटर के विकास का आधुनिक संस्करण

वैज्ञानिक और इंजीनियर कंप्यूटिंग के लिए एक लंबे समय से परित्यक्त दृष्टिकोण का लाभ उठा सकते हैं

इस एनालॉग मैकेनिकल कंप्यूटर का इस्तेमाल ज्वार की भविष्यवाणी करने के लिए किया गया था। इसे "पुराने पीतल के मस्तिष्क" के रूप में जाना जाता था, या, और अधिक औपचारिक रूप से, "ज्वारीय भविष्यवाणी मशीन नंबर 2"। उसने 1912 से ज्वार तालिकाओं की गणना करने के लिए अमेरिका के तटीय और भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण में काम किया, और 1965 तक सेवानिवृत्त नहीं हुआ जब उसे इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर से बदल दिया गया।

जब नील आर्मस्ट्रांग और बज़ एल्ड्रिन 1969 में अपोलो 11 मिशन के हिस्से के रूप में चंद्रमा पर उतरे, यह संभवतः मानव जाति के इंजीनियरिंग इतिहास में सबसे बड़ी उपलब्धि थी [इसके अलावा, बेशक, पहले उपग्रह का प्रक्षेपण और अंतरिक्ष में पहला आदमी, पहला आदमी का खुला होना अंतरिक्ष, साथ ही एक स्वचालित अंतरिक्ष यान / लगभग का निर्माण। ट्रांस।]। बहुत से लोग यह महसूस नहीं करते हैं कि अपोलो मिशन और उनके पूर्ववर्तियों की सफलता में महत्वपूर्ण घटक एनालॉग और हाइब्रिड (एनालॉग-डिजिटल) कंप्यूटर थे जो नासा अनुकरण करता था, और कुछ मामलों में, यहां तक ​​कि उड़ानों को नियंत्रित करने के लिए भी। आजकल रहने वाले बहुत से लोगों ने एनालॉग कंप्यूटरों के बारे में भी नहीं सुना है, यह विश्वास करते हुए कि कंप्यूटर, परिभाषा के अनुसार, डिजिटल डिवाइस हैं।

यदि आधी सदी पहले एनालॉग और हाइब्रिड कंप्यूटर इतने मूल्यवान थे, तो वे ट्रेस के बिना लगभग गायब क्यों हो गए? यह 1970 के दशक की प्रौद्योगिकी की सीमाओं के कारण है: वास्तव में, इसे विकसित करना, बनाना, प्रबंधित करना और बनाए रखना बहुत मुश्किल था। लेकिन आधुनिक प्रौद्योगिकियों की मदद से बनाए गए एनालॉग और हाइब्रिड एनालॉग-टू-डिजिटल कंप्यूटर में ऐसी कमियां नहीं होंगी, इसलिए अब मशीन लर्निंग, मशीन इंटेलिजेंस और बायोमिमेटिक सर्किट के क्षेत्रों में एनालॉग कंप्यूटिंग पर कई अध्ययन किए गए हैं।

इस लेख में, मैं एनालॉग और हाइब्रिड कंप्यूटर के एक और अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित करूंगा: कुशल वैज्ञानिक कंप्यूटिंग। मेरा मानना ​​है कि आधुनिक एनालॉग कंप्यूटर जीव विज्ञान, द्रव गतिकी, मौसम की भविष्यवाणी, क्वांटम रसायन विज्ञान, प्लाज्मा भौतिकी और विज्ञान के कई अन्य क्षेत्रों से संबंधित समीकरणों को हल करने में अपने डिजिटल समकक्षों को पूरक कर सकते हैं। और यहाँ है कि ये असामान्य कंप्यूटर कैसे कर सकते हैं।

एक एनालॉग कंप्यूटर एक भौतिक प्रणाली है जिसे समीकरणों के अनुसार काम करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है जो आप हल करना चाहते हैं। आप उस सिस्टम से संबंधित प्रारंभिक शर्तें असाइन करते हैं जिसे आप जांचना चाहते हैं, और फिर एनालॉग कंप्यूटर में चर को समय के साथ विकसित करने की अनुमति देते हैं। नतीजतन, आपको संबंधित समीकरणों का समाधान मिलता है।

आइए बेतुकेपन का एक सरल उदाहरण लें: पानी और एक बाल्टी के साथ एक नली को एक एनालॉग कंप्यूटर के रूप में माना जा सकता है जो एकीकृत गणना करता है। आपके द्वारा एकीकृत फ़ंक्शन से मेल खाने के लिए नली में बहने वाले पानी की मात्रा को समायोजित करें। बाल्टी में प्रवाह को निर्देशित करें। समाधान बाल्टी में पानी की मात्रा होगी।

यद्यपि कुछ एनालॉग कंप्यूटर वास्तव में बहने वाले तरल पदार्थ का उपयोग करते थे, उनमें से सबसे पहले यांत्रिक उपकरण थे जिनमें चरखा और गियर थे। इनमें 1931 के वननेवर बुश अंतर विश्लेषक शामिल हैं, जो 19 वीं शताब्दी में पैदा हुए सिद्धांतों पर बनाए गए थे, जो मुख्य रूप से विलियम थॉमसन (जो बाद में लॉर्ड केल्विन बन गए थे) और उनके भाई जेम्स के काम पर आधारित थे, जिन्होंने ज्वार की गणना के लिए यांत्रिक एनालॉग कंप्यूटर विकसित किए थे। इस प्रकार के एनालॉग कंप्यूटर लंबे समय से युद्धपोतों पर तोपों को नियंत्रित करने जैसे कार्यों के लिए उपयोग किए जाते हैं। 1940 तक, इलेक्ट्रॉनिक एनालॉग कंप्यूटरों का उपयोग इसके लिए किया जाने लगा, हालांकि समानांतर में, मैकेनिकल कंप्यूटर सेवा में बने रहे। और औपचारिक सूचना सिद्धांत के जनक क्लाउड शैनन के अलावा और कोई नहीं, 1941 में एनालॉग कंप्यूटिंग का एक फलदायी सैद्धांतिक अध्ययन प्रकाशित हुआ।

समय के साथ, संयुक्त राज्य अमेरिका, यूएसएसआर, जर्मनी, ब्रिटेन, जापान, आदि में एनालॉग कंप्यूटरों का व्यापक विकास शुरू हुआ। वे कई निर्माताओं द्वारा उत्पादित किए गए थे, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनिक एसोसिएट्स इंक।, एप्लाइड डायनेमिक्स, आरसीए, सोलार्ट्रोन, टेलीफुनकेन और बोइंग। प्रारंभ में, उनका उपयोग गोले और विमान के विकास के साथ-साथ उड़ान सिमुलेटर में किया गया था। स्वाभाविक रूप से, नासा मुख्य ग्राहक था। लेकिन उनका आवेदन जल्द ही परमाणु रिएक्टर नियंत्रण सहित अन्य क्षेत्रों में फैल गया।


इलेक्ट्रॉनिक एसोसिएट्स इंक द्वारा निर्मित यह पेस 16-31R इलेक्ट्रॉनिक एनालॉग कंप्यूटर 1950 के दशक के मध्य में क्लीवलैंड में नासा (अब ग्लेन रिसर्च सेंटर) में लुईस जेट फ्लाइट प्रयोगशाला में स्थापित किया गया था। नासा कॉमिक कार्यक्रमों जैसे बुध, मिथुन, अपोलो के लिए इस तरह के एनालॉग कंप्यूटर का उपयोग अन्य चीजों के बीच किया गया था।

प्रारंभ में, इलेक्ट्रॉनिक एनालॉग कंप्यूटर में सैकड़ों या हजारों इलेक्ट्रॉनिक ट्यूब थे, जिन्हें बाद में ट्रांजिस्टर द्वारा बदल दिया गया था। सबसे पहले, उन्हें विशेष पैनल पर विभिन्न घटकों के बीच मैन्युअल रूप से संपर्क स्थापित करके प्रोग्राम किया गया था। वे जटिल और विचित्र मशीन थे, उन्हें शुरू करने के लिए विशेष रूप से प्रशिक्षित कर्मियों की आवश्यकता थी - यह सब उनके निधन में एक भूमिका थी।

एक अन्य कारक यह तथ्य था कि 1960 के दशक तक डिजिटल कंप्यूटरों को उनके कई फायदों के कारण छलांग और सीमा द्वारा विकसित किया गया था: सरल प्रोग्रामिंग, एल्गोरिदमिक कार्य, भंडारण में आसानी, उच्च सटीकता, समय की उपस्थिति में किसी भी आकार के कार्यों को संसाधित करने की क्षमता। दशक के साथ-साथ डिजिटल कंप्यूटरों की गति में भी तेजी से वृद्धि हुई है, जब एकीकृत सर्किट के लिए MOS (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर) की तकनीक विकसित की गई थी, जिससे बड़ी संख्या में ट्रांजिस्टर को एक चिप पर डिजिटल स्विच के साथ संचालित करना संभव हो गया।

एनालॉग कंप्यूटर के निर्माताओं ने जल्द ही अपने सिस्टम में डिजिटल सर्किट को शामिल किया, जिसने हाइब्रिड कंप्यूटरों को जन्म दिया। लेकिन यह बहुत देर हो चुकी थी: उस समय के विकास और उत्पादन प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके इन मशीनों के अनुरूप भाग को बड़े पैमाने पर एकीकृत नहीं किया जा सकता था। अंतिम प्रमुख हाइब्रिड कंप्यूटर 1970 के दशक में बनाया गया था। दुनिया डिजिटल कंप्यूटरों में बदल गई और अब चारों ओर नहीं देखा गया।

आज, एनालॉग एमओएस तकनीक काफी उन्नत हो गई है: यह सभी प्रकार के उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में, जटिल बायोमेडिकल डिवाइसों में, और कई स्मार्ट उपकरणों में स्मार्टफोन में पाया जा सकता है जो इंटरनेट का सामान बनाते हैं। ऐसी उन्नत आधुनिक तकनीक का उपयोग करके निर्मित एनालॉग और हाइब्रिड कंप्यूटर मौजूदा आधी सदी से बहुत अलग हो सकते हैं।

लेकिन यहां तक ​​कि कंप्यूटिंग के लिए लागू एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स पर भी विचार क्यों करें? तथ्य यह है कि सामान्य डिजिटल कंप्यूटर, शक्तिशाली लोगों के साथ, पहले से ही उनकी सीमा से मेल खा सकते हैं। डिजिटल सर्किट के प्रत्येक स्विचिंग में ऊर्जा की खपत होती है। गीगाहर्ट्ज़ गति पर एक चिप स्विच करने वाले अरबों ट्रांजिस्टर गर्मी की एक जबरदस्त मात्रा का उत्पादन करते हैं जो किसी महत्वपूर्ण तापमान तक पहुंचने से पहले किसी तरह हटा दिया जाना चाहिए। आप आसानी से YouTube पर वीडियो दिखा सकते हैं कि कैसे कुछ आधुनिक डिजिटल कंप्यूटर चिप्स पर अंडे को फ्राई किया जा सकता है।

वैज्ञानिक कंप्यूटिंग के लिए ऊर्जा दक्षता विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। डिजिटल कंप्यूटर में, असतत चरणों के अनुक्रम का उपयोग करके समय के प्रवाह को अनुमानित किया जाना चाहिए। कुछ जटिल अंतर समीकरणों को हल करते समय, एल्गोरिदम के परिणामस्वरूप समाधान की गारंटी के लिए विशेष रूप से छोटे चरणों का उपयोग करना आवश्यक है। इसका मतलब यह है कि इसके लिए भारी मात्रा में संगणना की आवश्यकता होती है, जो बहुत अधिक समय की खपत करता है और बहुत अधिक ऊर्जा की खपत करता है।

लगभग 15 साल पहले, मैंने सोचा: क्या आधुनिक तकनीक की मदद से बनाया गया एक एनालॉग कंप्यूटर कुछ मूल्यवान दे सकता है? इस सवाल का जवाब देने के लिए, ग्लेन कोवान, फिर एक स्नातक छात्र जिसे मैंने ब्रिटिश कोलंबिया में नेतृत्व किया, और अब मॉन्ट्रियल के कॉनकॉर्डिया विश्वविद्यालय में एक प्रोफेसर हैं, ने सिंगल-चिप एनालॉग कंप्यूटर का डिज़ाइन और निर्माण किया। इसमें एनालॉग इंटीग्रेटर्स, मल्टीप्लायरों, फंक्शन जनरेटर और अन्य यूनिटों को एक उपयोगकर्ता की शैली में व्यवस्थित किया गया - प्रोग्रामेबल गेट ऐरे । विभिन्न ब्लॉकों को तारों के एक समुद्र से जोड़ा गया था जिसे ट्यून किया जा सकता था ताकि वे चिप के निर्माण के बाद संपर्क बनाए।


कई वैज्ञानिक समस्याओं के लिए युग्मित अंतर समीकरणों के समाधान की व्यवस्था की आवश्यकता होती है। सरलता के लिए, हम दो चर x ₁ और x _{2 के} साथ दो समीकरणों पर विचार करते हैं। एक एनालॉग कंप्यूटर एक सर्किट का उपयोग करके एक्स ₁ और एक्स ₂ पाता है जिसमें दो तारों के माध्यम से बहने वाला वर्तमान समान समीकरणों का पालन करता है। एक उपयुक्त सर्किट का उपयोग करते समय, दो तारों में धाराएं प्रारंभिक समीकरणों के समाधान का प्रतिनिधित्व करेंगी।


इसके लिए हमें एनालॉग इंटीग्रेटर्स, ब्रांचिंग यूनिट्स, डायरेक्ट करंट सोर्स (समपर्ति धाराओं के लिए तारों के सरल संयोजन की आवश्यकता होती है) की आवश्यकता होती है। गैर-रैखिक अंतर समीकरणों को हल करने के लिए, चिप पर एक एनालॉग कंप्यूटर ब्लॉक बनाने के लिए निरंतर समय सर्किट का उपयोग करता है जो मनमाना कार्य (गुलाबी) बना सकते हैं


यह पता चला है कि एक सामान्य-प्रयोजन एनालॉग कंप्यूटर को उपयोगकर्ता-प्रोग्रामेबल गेट सरणी के आधार पर बनाया जा सकता है जिसमें कई एनालॉग तत्व होते हैं जो डिजिटल रूप से नियंत्रित होते हैं। प्रत्येक क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर ग्रे पट्टी कई तारों को इंगित करती है। जब उच्च सटीकता की आवश्यकता होती है, तो एनालॉग कंप्यूटर के परिणामों को परिष्कृत करने के लिए डिजिटल खिलाया जा सकता है।

डिजिटल प्रोग्रामिंग ने किसी दिए गए एनालॉग ब्लॉक के इनपुट को दूसरे के आउटपुट के साथ संयोजित करना संभव बना दिया है, और एक समीकरण द्वारा नियंत्रित प्रणाली का निर्माण करना है जिसे हल करने की आवश्यकता है। टाइमर का उपयोग नहीं किया गया था: वोल्टेज और धाराएं लगातार विकसित हुईं, और असतत चरणों में नहीं। ऐसा कंप्यूटर जटिल अंतर समीकरणों को एक स्वतंत्र चर के साथ कई प्रतिशत के क्रम की सटीकता के साथ हल कर सकता है।

कुछ अनुप्रयोगों के लिए, इस तरह की सीमित सटीकता पर्याप्त है। ऐसे मामलों में जहां इस तरह का परिणाम बहुत कठोर है, इसे स्पष्टीकरण के लिए एक डिजिटल कंप्यूटर को खिलाया जा सकता है। चूंकि एक डिजिटल कंप्यूटर बहुत अच्छे अनुमान के साथ शुरू होता है, इसलिए अंतिम परिणाम 10 गुना कम समय में प्राप्त किया जा सकता है, जो समान मात्रा में ऊर्जा की खपत को कम करता है।

हाल ही में, ब्रिटिश कोलंबिया में दो छात्रों, निंग गुओ और यिपेंग हुआंग, मिंगू सेक, सिम्हा सेतुमधवन और मैंने दूसरी पीढ़ी की चिप पर एक एनालॉग कंप्यूटर बनाया। प्रारंभिक एनालॉग कंप्यूटरों के मामले में, हमारे डिवाइस के सभी ब्लॉकों ने एक साथ काम किया और सिग्नलों को इस तरह से संसाधित किया, जिसके लिए डिजिटल कंप्यूटर से समानांतर आर्किटेक्चर की आवश्यकता होगी। अब हमारे पास बड़ी चिप्स हैं, जिसमें हमारी दूसरी पीढ़ी के डिजाइन की कई प्रतियां शामिल हैं, जो बड़े कार्यों को हल करने में सक्षम हैं।

हमारे एनालॉग कंप्यूटर का नया सर्किट ऊर्जा खपत में अधिक कुशल है और डिजिटल कंप्यूटर के साथ जोड़ी बनाना आसान है। दोनों दुनिया के फायदे इस तरह के एक हाइब्रिड के लिए उपलब्ध हैं: उच्च गति और कम-शक्ति कंप्यूटिंग के लिए एनालॉग, और प्रोग्रामिंग, भंडारण और उच्च-सटीक कंप्यूटिंग के लिए डिजिटल।

हमारे पिछले चिप में एनालॉग कंप्यूटिंग के लिए अतीत में उपयोग किए गए कई सर्किट शामिल हैं: उदाहरण के लिए, इंटीग्रेटर्स और मल्टीप्लायर। हमारे नए सर्किट का एक प्रमुख घटक एक नया सर्किट है जो मनमाने ढंग से गणितीय कार्यों को लगातार कंप्यूटिंग में सक्षम है। और यहाँ क्यों यह महत्वपूर्ण है।

डिजिटल कंप्यूटर संकेतों के साथ काम करते हैं जो केवल दो प्रकार के वोल्टेज स्तर लेते हैं, मानों का प्रतिनिधित्व करते हुए 0 या 1। निश्चित रूप से, इन दो राज्यों के बीच गुजरते समय, सिग्नल को मध्यवर्ती मूल्यों को भी लेना चाहिए। एक विशिष्ट डिजिटल सर्किट संकेतों को समय-समय पर संसाधित करता है जब वोल्टेज के स्तर पर स्थिर रूप से 0 या 1 का प्रतिनिधित्व करने वाले स्तर स्थिर हो जाते हैं। ये सर्किट एक सिस्टम टाइमर के साथ एक स्थिर अवस्था से वोल्टेज के लिए एक स्थिर स्थिति से दूसरे पर स्विच करने से पहले शुरू होते हैं। प्रसंस्करण के अगले दौर। नतीजतन, इस तरह के सर्किट द्विआधारी मूल्यों का एक क्रम पैदा करते हैं, समय में प्रत्येक क्षण के लिए एक।

हमारे फ़ंक्शन जनरेटर इसके बजाय हमारे दृष्टिकोण के साथ काम करता है, जिसे हमने डिजिटल निरंतर-समय प्रक्रिया कहा। इसमें कालातीत बाइनरी सिग्नल शामिल हैं जो किसी भी समय मूल्य बदल सकते हैं, और स्पष्ट रूप से परिभाषित घंटों के अनुसार नहीं। हमने एनालॉग से डिजिटल और डिजिटल से एनालॉग में कन्वर्टर्स का निर्माण किया, साथ ही डिजिटल मेमोरी निरंतर समय के ऐसे डिजिटल सिग्नल को संसाधित करने में सक्षम है।

हम एनालॉग से डिजिटल तक ऐसे कनवर्टर को एक एनालॉग सिग्नल खिला सकते हैं, और यह एक बाइनरी नंबर में अनुवाद करेगा। इस संख्या का उपयोग मेमोरी में संग्रहीत मान को खोजने के लिए किया जा सकता है। आउटपुट मान तब एक अंक से एक एनालॉग से कनवर्टर को खिलाया जाता है। इस तरह के निरंतर-समय सर्किट का संयोजन एनालॉग इनपुट और आउटपुट के साथ एक फ़ंक्शन जनरेटर प्रदान करता है।


लेखक और सहकर्मियों ने एक छोटे से मामले में एक शक्तिशाली एनालॉग कंप्यूटर को पैक करने के लिए आधुनिक उत्पादन तकनीकों का उपयोग किया

हमने अपने कंप्यूटर का उपयोग कई प्रतिशत की सटीकता के साथ विभिन्न जटिल अंतर समीकरणों को हल करने के लिए किया। इसकी तुलना पारंपरिक डिजिटल कंप्यूटर से नहीं की जा सकती। लेकिन सटीकता सब कुछ नहीं है। कई मामलों में, अनुमानित मान काम करने के लिए पर्याप्त हैं। अनुकरणीय अभिकलन - कम्प्यूटेशनल सटीकता की जानबूझकर सीमा - कभी-कभी डिजिटल कंप्यूटर में उपयोग की जाती है, उदाहरण के लिए, मशीन लर्निंग, कंप्यूटर विजन, जैव सूचना विज्ञान और बड़े डेटा प्रोसेसिंग जैसे क्षेत्रों में। यह समझ में आता है जब, जैसा कि अक्सर होता है, इनपुट डेटा में ही त्रुटियाँ हैं।

चूंकि हमारे कंप्यूटर का कोर एनालॉग है, यदि आवश्यक हो, तो इसे सीधे सेंसर और पावर ड्राइव से जोड़ा जा सकता है। उच्च गति उसे कम्प्यूटेशनल कार्यों में वास्तविक समय में उपयोगकर्ता के साथ बातचीत करने की अनुमति देती है जो सामान्य मोड में बेहद धीमी होगी।

बेशक, कंप्यूटिंग के लिए हमारे दृष्टिकोण में खामियां हैं। समस्याओं में से एक यह है कि विशेष रूप से जटिल कार्यों के लिए बहुत अधिक अनुरूप कंप्यूटिंग इकाइयों की आवश्यकता होती है, जिससे चिप बड़ी और महंगी हो जाती है।

इस तरह की समस्या को हल करने का एक तरीका यह है कि कम्प्यूटेशनल कार्य को छोटे उपकेंद्रों में विभाजित किया जाए, जिनमें से प्रत्येक को डिजिटल कंप्यूटर चलाने वाले एनालॉग कंप्यूटर द्वारा हल किया जाएगा। ऐसी गणना अब पूरी तरह से समानांतर नहीं होगी, लेकिन कम से कम वे संभव हो जाएंगे। शोधकर्ताओं ने इस दृष्टिकोण का अध्ययन कई दशक पहले किया था जब हाइब्रिड कंप्यूटर अभी भी फैशन में थे। वे बहुत दूर नहीं गए, क्योंकि इस प्रकार के कंप्यूटर को छोड़ दिया गया था। इसलिए इस तकनीक को और अधिक विकास की आवश्यकता है।

एक और समस्या यह है कि एक बड़े एनालॉग चिप पर रिमोट सर्किट ब्लॉक के बीच मनमाने कनेक्शन को कॉन्फ़िगर करना मुश्किल है। संपर्कों का एक नेटवर्क आकार और जटिलता में निषेधात्मक बन सकता है। हालांकि, कुछ वैज्ञानिक समस्याओं के लिए ऐसे कनेक्शनों की आवश्यकता होगी ताकि उन्हें एनालॉग कंप्यूटर पर हल किया जा सके।

यह सीमा 3 डी निर्माण तकनीकों को दरकिनार करने में मदद कर सकती है। लेकिन अभी के लिए, हमारे हाइब्रिड डिज़ाइन का एनालॉग कोर उन मामलों के लिए सबसे उपयुक्त है जहां स्थानीय कनेक्टिविटी की आवश्यकता होती है - उदाहरण के लिए, अणुओं के एक सेट का अनुकरण करने के लिए जो केवल उनके पास स्थित अणुओं के साथ बातचीत करते हैं।

एक अन्य समस्या कई मापदंडों के कार्यों को लागू करने में कठिनाई और आंशिक डेरिवेटिव में प्रसंस्करण अंतर समीकरणों की कम दक्षता की संबंधित समस्या है। 1970 के दशक में, हाइब्रिड कंप्यूटरों पर इस तरह के समीकरणों को हल करने के लिए कई तकनीकों का विकास किया जा रहा था, और हम शुरू करने की योजना बनाते हैं जहाँ से हमने पहले के घटनाक्रमों को छोड़ दिया था।

इसके अलावा, एनालॉग को बढ़ती सटीकता के साथ नुकसान है। केवल बिट्स जोड़कर डिजिटल सर्किट की सटीकता बढ़ाई जा सकती है। एक एनालॉग कंप्यूटर की सटीकता बढ़ाने के लिए एक बहुत बड़े चिप क्षेत्र के उपयोग की आवश्यकता होती है। यही कारण है कि हमने कम सटीकता वाले अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित किया।

मैंने उल्लेख किया कि एनालॉग कंप्यूटिंग गणनाओं को गति दे सकता है और ऊर्जा की बचत कर सकता है, और मैं अधिक विवरण जोड़ना चाहता हूं। इस प्रकार के कंप्यूटर पर एनालॉग प्रोसेसिंग जो मेरे सहयोगियों और मैंने आमतौर पर एक मिलीसेकंड में किया था। एक व्युत्पन्न के साथ अंतर समीकरणों को हल करने के लिए 0.1 μJ से कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। पारंपरिक विनिर्माण प्रौद्योगिकी (65 एनएम CMOS) के साथ इस तरह की एक चिप एक वर्ग मिलीमीटर के आकार के क्षेत्र पर कब्जा कर लेगी। दो व्युत्पन्न के साथ समीकरण दो बार अधिक ऊर्जा और चिप क्षेत्र के रूप में लेते हैं, और इसी तरह; उन्हें हल करने का समय अपरिवर्तित रहता है।

असीमित बजट के साथ कुछ महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए, आप सब्सट्रेट पैमाने को एकीकृत करने पर भी विचार कर सकते हैं - पूरे सिलिकॉन सब्सट्रेट को एक एकल विशाल चिप के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। एक 300 मिमी सब्सट्रेट 100,000 से अधिक इंटीग्रेटर्स को चिप पर रखने की अनुमति देगा, जो पहले क्रम के 100,000 युग्मित नॉनलाइनियर डायनेमिक समीकरणों या दूसरे ऑर्डर के 50,000 के एक सिस्टम को अनुकरण करने की अनुमति देगा, और इसी तरह। अणुओं के एक बड़े सरणी की गतिशीलता का अनुकरण करने के लिए यह उपयोगी हो सकता है। समाधान समय अभी भी मिलीसेकंड में गणना की जाएगी, और ऊर्जा अपव्यय - दसियों वाट में।

केवल प्रयोगों से यह पुष्टि हो सकती है कि इस प्रकार के कंप्यूटर वास्तव में उपयोगी होंगे, और यह कि एनालॉग त्रुटियों का संचय उन्हें काम करने से नहीं रोकेगा। लेकिन अगर वे काम करते हैं, तो परिणाम उन सभी चीजों को पार कर जाएंगे जो आधुनिक डिजिटल कंप्यूटर सक्षम हैं। उनके लिए, इस आदेश के कुछ जटिल कार्यों को हल करने के लिए भारी मात्रा में ऊर्जा या समय की आवश्यकता होती है, जो दिनों या हफ्तों तक रह सकते हैं।

बेशक, इन और अन्य सवालों के जवाब खोजने के लिए, बहुत अधिक शोध की आवश्यकता होगी: एनालॉग और डिजिटल भागों के बीच कार्यों को कैसे वितरित करें, बड़े कार्यों को छोटे लोगों में कैसे तोड़ें, और अंतिम समाधानों को संयोजित करें।

इन उत्तरों की खोज में, हम और अन्य शोधकर्ता एनालॉग कंप्यूटरों में शामिल हैं, बहुत चालाक इंजीनियरों और गणितज्ञों के काम का लाभ उठाकर आधी सदी पहले किया गया। हमें पहिया को सुदृढ़ करने के लिए प्रयास करने की आवश्यकता नहीं है। हमें एक स्प्रिंगबोर्ड के रूप में पहले प्राप्त परिणामों का उपयोग करना चाहिए, और बहुत आगे बढ़ना चाहिए। कम से कम हम ऐसा करने की उम्मीद करते हैं, और यदि हम कोशिश नहीं करते हैं, तो हमें जवाब कभी नहीं पता चलेगा।

जेनिस सिविडिस - कोलंबिया विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर