Empat cara aneh baru melakukan perhitungan

Mikrograf optik dari array elektroda mikro di bawah campuran nanotube karbon berdinding tunggal dengan kristal cair

Ketika Hukum Moore melambat , para insinyur dengan cermat meneliti opsi yang akan membantu untuk melanjutkan komputasi ketika hukum tersebut habis. Kecerdasan buatan pasti akan berperan dalam hal ini. Mungkin komputer kuantum. Tetapi ada hal-hal aneh di jagat komputer, dan beberapa di antaranya ditunjukkan pada konferensi internasional IEEE tentang reload komputasi pada November 2017.

Juga, ditunjukkan beberapa versi keren dari perhitungan klasik, misalnya, perhitungan reversibel dan keping neuromorfik. Selain mereka, opsi yang kurang akrab bagi masyarakat disajikan, seperti chip fotonik, akselerasi AI, logika sisir nanomekanis dan sistem pengenalan suara "dimensi-hiper". Artikel ini mencantumkan opsi aneh dan berpotensi efektif.

Neuron kuantum dingin

Para insinyur sering iri dengan efisiensi energi ajaib otak. Neuron tunggal menghabiskan sekitar 10 fJ (10 ^-15 J) dengan setiap sinyal. Michael Schneider dan koleganya di Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST) percaya bahwa mereka dapat mendekati angka ini menggunakan neuron buatan yang dibuat dari dua jenis kontak Josephson yang berbeda. Ini adalah perangkat superkonduktor berdasarkan tunneling pasangan elektron melalui penghalang, dan berfungsi sebagai dasar untuk komputer kuantum paling canggih yang dibuat saat ini di laboratorium industri. Salah satu pilihan mereka, kontak Josephson yang magnetis, memiliki sifat yang dapat diubah dengan cepat, mengubah arus dan medan magnet. Kedua kontak dapat digunakan sedemikian rupa sehingga mereka menghasilkan lonjakan tegangan dengan energi dari urutan zeptojoule - 100.000 kali lebih kecil dari fJ [ atau 10 ^-21 J / kira-kira. perev. ]

Para ilmuwan dari NIST telah menemukan cara untuk menghubungkan perangkat ini bersama-sama dan membentuk jaringan saraf dari mereka. Dalam simulasi, mereka melatih jaringan saraf untuk mengenali tiga huruf (z, v dan n - tes dasar jaringan saraf). Idealnya, jaringan dapat mengenali huruf hanya menggunakan 2 attojoule [10 ^-18 J], atau 2 fJ, jika Anda memasukkan pemborosan energi untuk mendinginkan sistem ini hingga 4 K. yang diperlukan. Tentu saja, ada saat-saat di mana semuanya bekerja dengan kurang sempurna. Tetapi, dengan asumsi bahwa mereka dapat dihilangkan dengan bantuan insinyur, Anda bisa mendapatkan jaringan saraf yang mengkonsumsi energi yang sebanding dengan otak manusia.

Komputasi Kawat

Pada prosesor tingkat lanjut, transistor dikemas sangat erat, dan koneksi yang menghubungkannya ke sirkuit lebih dekat satu sama lain daripada sebelumnya. Ini mengarah pada distorsi silang ketika sinyal dari satu saluran mengganggu tetangganya melalui koneksi palsu. Alih-alih mencoba mengubah skema untuk menghindari distorsi, Navin Kumar Maka dan rekan - rekannya di Universitas Missouri, Kansas City, memutuskan untuk mengambil keuntungan dari mereka. Menurut pandangan hari ini, sinyal yang mengganggu dianggap sebagai kesalahan, kata Mac kepada para insinyur. "Dan sekarang kami ingin menggunakannya untuk pekerjaan logika."

Mereka menemukan bahwa pengaturan hubungan timbal balik tertentu dapat meniru operasi elemen logika dan sirkuit. Bayangkan tiga jalur komunikasi berjalan paralel. Menerapkan tegangan ke satu atau dua garis samping menyebabkan munculnya tegangan palsu pada yang sentral. Dengan cara ini Anda mendapatkan elemen logika OR dengan dua input. Setelah dengan hati-hati ditambahkan di sana-sini pada transistor, tim kemudian menciptakan elemen AND, OR dan XOR, serta sirkuit yang melakukan fungsi transfer. Keuntungan datang ketika Anda membandingkan jumlah transistor di area tertentu dengan CMOS. Sebagai contoh, sirkuit logika lintas-distorsi hanya membutuhkan tiga transistor untuk melakukan XOR, dan CMOS menggunakan 14, dan membutuhkan ruang lebih banyak ketiga.

Serang nanobubble!

Para ilmuwan dan insinyur dari Durham University di Inggris telah mengajarkan film tipis nanomaterial untuk menyelesaikan masalah klasifikasi, misalnya, untuk menemukan lesi kanker pada mammogram . Menggunakan algoritma revolusioner dan sirkuit elektronik yang dibuat khusus, mereka mengirim pulsa listrik melalui berbagai elektroda ke campuran karbon nanotube yang dilarutkan dalam kristal cair. Seiring waktu, nanotube - di antaranya konduktif dan semi konduktif - dirakit sendiri menjadi jaringan kompleks yang menutupi elektroda.

Jaringan ini mampu memenuhi bagian kunci dari masalah optimisasi. Selain itu, dia bisa belajar untuk menyelesaikan masalah kedua, jika itu tidak terlalu rumit dari yang pertama.

Apakah dia memecahkan masalah ini dengan baik? Dalam satu kasus, hasilnya sebanding dengan pekerjaan manusia; di tempat lain mereka sedikit lebih buruk. Namun mengejutkan bahwa itu umumnya bekerja. "Kita harus ingat bahwa kita melatih gelembung nanotube karbon dalam kristal cair," kata Eleanor Vissol-Gaudin , yang membantu merancang sistem ini di Durham.

Papan sirkuit silikon

Pengembang komputer telah lama menderita dari ketidakcocokan antara seberapa cepat dan efisien data bergerak di dalam prosesor, dan seberapa lambat dan dengan kehilangan mereka bergerak di antara mereka. Masalah ini, menurut para insinyur dari University of California di Los Angeles , terkait dengan sifat badan chip dan papan sirkuit yang mereka gunakan untuk berkomunikasi. Kasing kristal dan papan sirkuit tercetak tidak menghasilkan panas dengan baik, sehingga membatasi konsumsi energi, meningkatkan energi yang diperlukan untuk mentransfer bit dari satu chip ke chip lainnya, dan memperlambat komputer dengan menambahkan penundaan. Industri memahami kekurangan ini dan semakin berkonsentrasi menempatkan beberapa chip dalam satu perumahan.

Punit Gupta dan kolega-koleganya di universitas percaya bahwa komputer akan jauh lebih baik jika kita dapat sepenuhnya menyingkirkan casing kristal dan papan sirkuit. Mereka menyarankan untuk mengganti papan sirkuit cetak dengan selembar substrat silikon. Pada chip "bahan silikon integral" tanpa casing dapat ditekan bersama pada jarak 100 mikron di antara mereka, dan dihubungkan menggunakan konduktor yang sama yang digunakan dalam sirkuit terintegrasi - ini akan membantu membatasi keterlambatan dan konsumsi energi, serta mengembangkan lebih kompak sistem.

Jika industri bergerak ke arah ini, itu akan menyebabkan perubahan dalam sirkuit terintegrasi yang diproduksi, kata Gupta. Bahan silikon integral akan berkontribusi pada pemisahan "sistem pada satu chip" menjadi bagian-bagian yang lebih kecil yang melakukan fungsi berbagai inti sistem chip tunggal. Bagaimanapun, pengaturan inti yang dekat pada chip tidak akan lagi memberikan keuntungan yang serius dengan tidak adanya penundaan dan efisiensi, dan lebih murah untuk menghasilkan chip yang lebih kecil. Selain itu, silikon menghasilkan panas lebih baik daripada papan sirkuit cetak, sehingga prosesor ini dapat di-overclock hingga kecepatan clock tinggi tanpa khawatir akan disipasi panas.