Micrografia óptica de uma matriz de microeletrodos sob uma mistura de nanotubos de carbono de parede única com cristais líquidosÀ medida que
a Lei de Moore diminui
, os engenheiros examinam cuidadosamente as opções que ajudarão a continuar computando quando a lei estiver esgotada. A inteligência artificial certamente desempenhará um papel nisso. Talvez computadores quânticos. Mas existem coisas mais estranhas no universo dos computadores, e algumas delas foram mostradas na
conferência internacional do
IEEE sobre recarregar a computação em novembro de 2017.
Além disso, foram mostradas algumas versões interessantes dos cálculos clássicos, por exemplo, cálculos reversíveis e chips neuromórficos. Além deles, foram apresentadas opções menos familiares ao público, como chips fotônicos, IA de aceleração, lógica de pente nanomecânica e um sistema de reconhecimento de fala “hiper-dimensional”. Este artigo lista opções estranhas e potencialmente eficazes.
Neurônios quânticos frios
Os engenheiros costumam invejar a eficiência energética milagrosa do cérebro. Um único neurônio gasta cerca de 10 fJ (10
-15 J) com cada sinal. Michael Schneider e colegas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) acreditam que podem se aproximar dessa figura usando neurônios artificiais criados a partir de dois tipos diferentes de
contatos de
Josephson . Estes são dispositivos supercondutores baseados no tunelamento de pares de elétrons através da barreira e servindo de base para os computadores quânticos mais avançados criados hoje em laboratórios industriais. Uma de suas opções, o contato magnético de Josephson, possui propriedades que podem ser alteradas rapidamente, alterando correntes e campos magnéticos. Ambos os contatos podem ser utilizados de forma a produzir surtos de tensão com energias da ordem de um zeptojoule - 100.000 vezes menos que fJ [
ou 10 -21 J / aprox. perev. ]
Cientistas do NIST descobriram como conectar esses dispositivos e formar uma rede neural a partir deles. Na simulação, eles treinaram a rede neural para reconhecer três letras (z, v e n - o teste básico de redes neurais). Idealmente, a rede poderia reconhecer letras usando apenas 2 attojoules [10
-18 J] ou 2 fJ, se você incluir o desperdício de energia para resfriar esse sistema com os 4 K. necessários. É claro que há momentos em que tudo funciona muito menos perfeitamente. Mas, supondo que eles possam ser eliminados com a ajuda de engenheiros, você pode obter uma rede neural que consome energia comparável ao cérebro humano.
Computação em fio
Nos processadores avançados, os transistores são compactados com muita força e as conexões que os conectam aos circuitos estão mais próximas umas das outras do que nunca. Isso leva à distorção cruzada quando um sinal de uma linha interfere com o vizinho através de uma conexão falsa. Em vez de tentar mudar o esquema para evitar distorções,
Naveen Kumar Maka e
colegas da Universidade do Missouri, Kansas City, decidiram tirar proveito deles. Segundo a visão de hoje, um sinal de interferência é considerado uma falha, disse Mac aos engenheiros. "E agora queremos usá-lo para o trabalho da lógica."
Eles descobriram que um certo arranjo de conexões mútuas pode imitar a operação de elementos e circuitos lógicos. Imagine que três linhas de comunicação sejam paralelas. A aplicação de tensão em uma ou duas linhas laterais leva ao aparecimento de tensão espúria na central. Dessa forma, você obtém um elemento lógico OR com duas entradas. Tendo adicionado cuidadosamente aqui e ali no transistor, a equipe criou os elementos AND, OR e XOR, além de um circuito que executa a função de transferência. A vantagem surge quando você compara o número de transistores em uma determinada área com o CMOS. Por exemplo, um circuito lógico de distorção cruzada requer apenas três transistores para executar o XOR, e o CMOS usa 14 e ocupa um terço a mais de espaço.
Ataque o nanobubble!
Cientistas e engenheiros da Universidade de Durham, na Inglaterra, ensinaram uma fina camada de nanomateriais para resolver problemas de classificação, por exemplo, para encontrar uma lesão cancerígena em uma
mamografia . Usando algoritmos revolucionários e um circuito eletrônico especialmente criado, eles enviaram pulsos elétricos através de uma matriz de eletrodos para uma mistura de nanotubos de carbono dissolvidos em cristais líquidos. Com o tempo, os nanotubos - entre os quais eram condutores e semicondutores - se auto-montaram em uma rede complexa que cobria os eletrodos.
Essa rede foi capaz de cumprir uma parte importante do problema de otimização. Além disso, ela poderia aprender a resolver o segundo problema, se fosse menos complicado que o primeiro.
Ela resolveu bem esses problemas? Em um caso, os resultados foram comparáveis ao trabalho humano; em outro eles eram um pouco piores. E, no entanto, é surpreendente que geralmente funcione. "Precisamos lembrar que treinamos uma bolha de nanotubos de carbono em cristais líquidos", diz
Eleanor Vissol-Gaudin , que ajudou a projetar esse sistema em Durham.
Placas de circuito de silicone
Os desenvolvedores de computadores sofrem há muito tempo de uma incompatibilidade entre a rapidez e eficiência com que os dados são movidos para dentro dos processadores e a velocidade e a perda com que se movem entre eles. Esse problema, de acordo com engenheiros da
Universidade da
Califórnia em Los Angeles , está relacionado à natureza dos corpos dos chips e das placas de circuito com os quais eles se comunicam. As caixas de cristal e as placas de circuito impresso não conduzem bem o calor, limitando o consumo de energia, aumentando a energia necessária para transferir bits de um chip para outro e diminuindo a velocidade dos computadores, adicionando atrasos. A indústria entende essas deficiências e está se concentrando cada vez mais na colocação de vários chips em uma caixa.
Punit Gupta e seus colegas da universidade acreditam que os computadores seriam muito melhores se pudéssemos nos livrar completamente das caixas de cristal e placas de circuito. Eles sugerem a substituição da placa de circuito impresso por um pedaço de substrato de silicone. Em um "material de silicone integral", os chips sem caixas podem ser pressionados um contra o outro a uma distância de 100 μm entre eles e conectados usando os mesmos condutores usados em circuitos integrados - isso ajudará a limitar o atraso e o consumo de energia, além de desenvolver um compacto sistema
Se a indústria seguir nessa direção, levará a uma mudança nos circuitos integrados fabricados, diz Gupta. O material integral de silício contribuirá para a separação dos "sistemas em um único chip" em partes menores que executam as funções de vários núcleos dos sistemas de chip único. Afinal, o arranjo mais próximo dos núcleos no chip não dará mais uma vantagem séria na ausência de atrasos e eficiência, e é mais barato produzir chips menores. Além disso, o silício conduz melhor o calor do que as placas de circuito impresso, de modo que esses processadores podem ser submetidos a overclock a altas velocidades de clock sem se preocupar com a dissipação de calor.