Hovoříme o tom, co nového se může objevit v datových centrech a nejen tam.
/ фото Unsplash
Předpokládá se, že křemíkové tranzistory se blíží svému technologickému limitu. Minule jsme o materiálech, které mohou nahradit křemík a alternativních přístupech k vývoji tranzistorů. Dnes hovoříme o konceptech, které mohou transformovat principy fungování tradičních výpočetních systémů: kvantových strojích, neuromorfních čipech a počítačích založených na DNA..
Počítače na bázi DNA
Jsou to systémy, které využívají výpočetní možnosti molekul DNA. Řetězce DNA se skládají ze čtyř dusíkatých bází: cytosinu, adenin, guaninu a thyminu. Spojením těchto bází v určité sekvenci lze kódovat informace. Pro změnu dat se používají speciální enzymy, které prostřednictvím chemických reakcí prodlužují, stejně tak i rozřezávají a zkracují řetězce DNA. Tyto reakce lze provádět na různých částech molekuly současně, což umožňuje paralelní výpočty.
První počítač na bázi DNA byl představen v roce 1994. Profesora molekulární biologie a počítačových věd (Leonard Adleman) použil několik zkumavek s miliardami molekul DNA, aby se pokusil vyřešit pro graf s sedmi vrcholy. Jeho vrcholy a hrany Adleman označil úseky DNA s dvaceti dusíkatými bázemi a poté použil metodu (PCR).
Nevýhodou Adlemanova počítače byla jeho 'úzkoprofilovost'. Byl určen k řešení jedné úlohy a nebyl schopen plnit jiné. Od té doby se situace změnila - na konci března vědci z univerzity Mejnout a Kalifornského technologického institutu počítač, jehož data se načítají ve formě sekvencí DNA a mohou být přeprogramována.
Systém má potenciál otevřít cestu novému typu výpočetních systémů, zbývá vyřešit problém s pomalým vstupem a výstupem dat (proces je poměrně nákladný a trvá dlouhou dobu).
Navzdory obtížím odborníci , že v budoucnu DNK počítače o velikosti dnešních desktopů překonají superpočítače v výkonu. Mohou najít uplatnění v datacentrech, které se zabývají zpracováním velkých dat.
Neuromorfní procesory
Termín „neuromorfní“ označuje, že architektura čipu je založena na principech fungování lidského mozku. Takové procesory emulují činnost milionů neuronů s výběžky, které se nazývají axony a dendrity. První z nich zajišťují přenos informací, zatímco druhé slouží k jejich vnímání. Neurony jsou navzájem spojeny synapsemi — speciálními kontakty, kterými se přenášejí elektrické signály (nervové impulzy).
Poprvé se myšlenka na vytvoření neuromorfních systémů objevila již . Ale vážně se vývoji v této oblasti začalo věnovat až po roce 2000. Odborníci z IBM Research projektu SyNAPSE, jehož cílem bylo vyvinout počítač s architekturou odlišnou od architektury von Neumanna. V rámci tohoto projektu společnost navrhla čip . Ten emuluje činnost milionu neuronů a 256 milionů synapsí.
Na neuromorfních procesorech pracují nejen v IBM. Společnost Intel od roku 2017 čip Loihi. Ten obsahuje 130 tisíc umělých neuronů a 130 milionů synapsí. Před rokem společnost vyvinula prototyp na 14nm technologickém procesu.
Neuromorfní zařízení umožňují zrychlit učení neuronových sítí. Těmto čipům, na rozdíl od klasických procesorů, není potřeba pravidelně se obracet na registry nebo paměť pro data. Veškeré informace jsou neustále uchovávány v umělých neuronech. Tato vlastnost umožní trénovat neuronové sítě lokálně (bez připojení k úložišti s testovacími daty).
Očekává se, že neuromorfní procesory najdou uplatnění ve smartphonech a zařízeních internetu věcí. Dosud ale nelze hovořit o masovém zavedení technologie do uživatelských zařízení.
Kvantové stroje
Základem kvantových počítačů jsou qubity. Jejich fungování se zakládá na principech kvantové fyziky — provázanosti a superpozici. Superpozice umožňuje qubitu být současně ve stavu nula a jedna. Provázanost je jev, kdy jsou stavy několika qubitů navzájem spojeny. Tento přístup umožňuje vykonávat operace s nulou a jedničkou současně.
/ фото CC BY-NA
Výsledkem je, že kvantové počítače řeší řadu úloh mnohem rychleji než tradiční systémy. Příklady vytváření matematických modelů v oblasti financí, chemie a medicíny, stejně jako kryptografické operace.
V současnosti se vývojem kvantových výpočtů zabývá relativně malé množství společností. Mezi nimi vyniká IBM se svým kvantovým počítačem, Intel se svým a InoQ, která testuje . Také v této oblasti pracují , a .
O masovém zavedení kvantových počítačů je zatím předčasné mluvit. I kdybychom nebrali v úvahu vysoké náklady na zařízení, mají vážná technologická omezení.
Konkrétně kvantové stroje fungují při teplotě . Proto jsou tato zařízení instalována pouze ve specializovaných laboratořích. Je to nezbytné opatření k ochraně křehkých qubitů, které dokážou udržet superpozici po dobu pouze několika sekund (jakékoliv teplotní výkyvy vedou k jejich ).
Ačkoliv na začátku roku IBM představila kvantový počítač, který může fungovat mimo laboratoř s přísně kontrolovaným prostředím — například v místních datových centrech firem. Ale zatím není možné zařízení koupit, lze pouze pronajmout jeho kapacitu prostřednictvím cloudové platformy. Společnost slibuje, že v budoucnu si tento počítač bude moci pořídit kdokoli, ale kdy to nastane — zatím není známo.
Materiály z našeho Telegramového kanálu:
Zdroj: habr.com
