Dizemos a você que coisas novas podem aparecer nos data centers e não apenas neles.
/ foto jesse orrico UnsplashAcredita-se que os transistores de silício estejam chegando ao limite tecnológico. Na última vez,
conversamos sobre materiais que podem substituir o silício e
discutimos abordagens alternativas para o desenvolvimento de transistores. Hoje estamos falando de conceitos que podem transformar os princípios de operação dos sistemas de computação tradicionais:
máquinas quânticas, chips neuromórficos e computadores baseados em DNA .
Computadores de DNA
Este é um sistema que utiliza o poder computacional das moléculas de DNA. As cadeias de DNA consistem em quatro bases nitrogenadas: citosina, adenina, guanina e timina. Ao vinculá-los em uma sequência específica, você pode codificar informações. Para modificar os dados, são usadas enzimas especiais que, usando reações químicas, completam as cadeias de DNA, além de cortadas e encurtadas. Tais reações podem ser realizadas em diferentes partes da molécula ao mesmo tempo, o que permite cálculos paralelos.
O primeiro computador baseado em DNA foi lançado em 1994.
Leonard Adleman, professor de biologia molecular e ciência da computação, usou vários tubos com bilhões de moléculas de DNA para tentar resolver
o problema
do vendedor ambulante em um gráfico de sete vértices. Adleman designou seus picos e costelas com fragmentos de DNA com vinte bases de nitrogênio e depois aplicou o método da
reação em cadeia da
polimerase (PCR).
Uma desvantagem do computador de Adleman era seu "foco estreito". Ele foi preso por resolver um problema e não pôde executar outros. Desde então, a situação mudou - no final de março, cientistas da Universidade de Maynooth e do Instituto de Tecnologia da Califórnia
apresentaram um computador no qual os dados são baixados na forma de sequências de DNA e podem ser reprogramados.
O sistema é capaz de abrir caminho para um novo tipo de sistema de computação, e ainda resta resolver o problema da lenta entrada e saída de dados (o processo de seqüenciamento é bastante caro e leva muito tempo).
Apesar das dificuldades, os especialistas
dizem que, no futuro, os computadores com DNA do tamanho de desktops modernos terão desempenho superior aos supercomputadores. Eles poderão encontrar aplicativos nos data centers envolvidos no processamento de grandes conjuntos de dados.
Processadores neuromórficos
O termo "neuromórfico" significa que a arquitetura do chip é baseada nos princípios do cérebro humano. Esses processadores imitam o trabalho de milhões de neurônios com processos chamados axônios e dendritos. Os primeiros são responsáveis pela transmissão de informações, enquanto os segundos são responsáveis por sua percepção. Os neurônios são interconectados por sinapses - contatos especiais através dos quais os sinais elétricos (impulsos nervosos) são transmitidos.
A criação de sistemas neuromórficos foi discutida
nos anos 90 . Mas, falando sério, eles começaram a trabalhar nessa área após os anos 2000. Especialistas da IBM Research
participaram do projeto SyNAPSE, cujo objetivo era desenvolver um computador com uma arquitetura diferente da de von Neumann. Como parte desse projeto, a empresa projetou o chip
TrueNorth . Emula o trabalho de um milhão de neurônios e 256 milhões de sinapses.
Os processadores neuromórficos estão trabalhando não apenas na IBM. A Intel
desenvolve o chip Loihi desde 2017. Consiste em 130 mil neurônios artificiais e 130 milhões de sinapses. Há um ano, a empresa
concluiu o desenvolvimento de um protótipo para a tecnologia de processo de 14 nm.
Dispositivos neuromórficos podem acelerar o treinamento de redes neurais. Esses chips, diferentemente dos processadores clássicos, não precisam acessar regularmente registros ou memória para obter dados. Toda a informação é constantemente armazenada em neurônios artificiais. Esse recurso permitirá que você treine redes neurais localmente (sem conectar-se a um repositório com um conjunto de dados de teste).
Espera-se que os processadores neuromórficos encontrem uso nos smartphones e na Internet das coisas. Mas até agora, não há necessidade de falar sobre a implementação em larga escala da tecnologia nos dispositivos dos usuários.
Máquinas quânticas
A base dos computadores quânticos é composta de qubits. Seu trabalho é baseado nos princípios da física quântica - emaranhamento e superposição. A superposição permite que o qubit esteja em um estado zero e um ao mesmo tempo. O emaranhamento é um fenômeno no qual os estados de vários qubits estão interconectados. Essa abordagem permite operações com zero e um ao mesmo tempo.
/ foto IBM Research CC BY-NAComo resultado, os computadores quânticos resolvem uma série de problemas muito mais rapidamente que os sistemas tradicionais. Os exemplos incluem a construção de modelos matemáticos nos campos financeiro, químico e médico, bem como operações criptográficas.
Hoje, um número relativamente pequeno de empresas está envolvido no desenvolvimento da computação quântica. Entre eles estão a IBM com seu computador quântico de
50 qubit , a Intel com
49 qubit e o InoQ, que está testando um
dispositivo de 79 qubit . Também nesta área estão o
Google ,
Rigetti e
D-Wave .
É muito cedo para falar sobre a introdução maciça de computadores quânticos. Mesmo que você não leve em consideração o alto custo dos dispositivos, eles têm sérias limitações tecnológicas.
Em particular, as máquinas quânticas operam em temperaturas
próximas ao zero absoluto . Portanto, esses dispositivos são instalados apenas em laboratórios especializados. Essa é uma medida necessária para proteger os qubits frágeis que podem manter a superposição por apenas alguns segundos (quaisquer flutuações de temperatura levam à sua
decoerência ).
Embora no início do ano, a IBM tenha
introduzido um computador quântico que pode funcionar fora do laboratório com um ambiente rigidamente controlado - por exemplo, em data centers locais de empresas. Mas você ainda não pode comprar um dispositivo, apenas pode alugar sua energia por meio de uma plataforma em nuvem. A empresa promete que, no futuro, este computador poderá ser comprado por qualquer pessoa, mas quando isso acontecer ainda é desconhecido.
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