Wir sagen Ihnen, was in Rechenzentren und nicht nur dort Neues passieren kann.
/ Foto Unsplash
Man geht davon aus, dass Siliziumtransistoren an ihre technologischen Grenzen stoßen. Das letzte Mal haben wir über Materialien, die Silizium ersetzen können und alternative Ansätze zum Transistordesign. Heute sprechen wir über Konzepte, die die Funktionsprinzipien traditioneller Computersysteme verändern können: Quantenmaschinen, neuromorphe Chips und DNA-basierte Computer.
DNA-Computer
Hierbei handelt es sich um ein System, das die Rechenleistung von DNA-Molekülen nutzt. DNA-Stränge bestehen aus vier stickstoffhaltigen Basen: Cytosin, Adenin, Guanin und Thymin. Durch die Verknüpfung in einer bestimmten Reihenfolge können Informationen kodiert werden. Um Daten zu verändern, werden spezielle Enzyme eingesetzt, die durch chemische Reaktionen DNA-Ketten vervollständigen sowie schneiden und verkürzen. Solche Reaktionen können in verschiedenen Teilen des Moleküls gleichzeitig durchgeführt werden, was parallele Berechnungen ermöglicht.
Der erste DNA-basierte Computer wurde 1994 vorgestellt. Professor für Molekularbiologie und Informatik (Leonard Adleman) versuchte, das Problem mit mehreren Reagenzgläsern mit Milliarden von DNA-Molekülen zu lösen für einen Graphen mit sieben Eckpunkten. Adleman bezeichnete seine Spitzen und Kanten mit DNA-Fragmenten mit zwanzig Stickstoffbasen und wandte dann die Methode an (PCR).
Der Nachteil von Adlemans Computer war sein „enger Fokus“. Er konzentrierte sich auf die Lösung einer Aufgabe und konnte andere nicht ausführen. Seitdem hat sich die Situation geändert – Ende März berichteten Wissenschaftler der Maynooth University und des California Institute of Technology ein Computer, in den Daten als DNA-Sequenzen geladen werden und umprogrammiert werden können.
Das System ist in der Lage, den Weg zu einem neuen Typ von Computersystem zu ebnen; es bleibt nur noch das Problem der langsamen Dateneingabe und -ausgabe (Prozess) zu lösen ziemlich teuer und dauert lange).
Trotz der Schwierigkeiten, Experten dass DNA-Computer in der Größe moderner Desktops in Zukunft Supercomputer übertreffen werden. Sie können in Rechenzentren Anwendung finden, die große Datenmengen verarbeiten.
Neuromorphe Prozessoren
Der Begriff „neuromorph“ bedeutet, dass die Architektur des Chips auf den Prinzipien des menschlichen Gehirns basiert. Solche Prozessoren emulieren die Arbeit von Millionen von Neuronen mit Prozessen, die Axone und Dendriten genannt werden. Erstere sind für die Übermittlung von Informationen verantwortlich, letztere für deren Wahrnehmung. Neuronen sind durch Synapsen miteinander verbunden – spezielle Kontakte, über die elektrische Signale (Nervenimpulse) übertragen werden.
Die Idee, neuromorphe Systeme zu schaffen, entstand erstmals . Aber die Entwicklungen in diesem Bereich begannen erst nach den 2000er Jahren. Spezialisten von IBM Research das SyNAPSE-Projekt, dessen Ziel die Entwicklung eines Computers mit einer Nicht-von-Neumann-Architektur war. Im Rahmen dieses Projekts entwickelte das Unternehmen einen Chip . Es emuliert die Arbeit von einer Million Neuronen und 256 Millionen Synapsen.
Nicht nur IBM arbeitet an neuromorphen Prozessoren. Intel seit 2017 Loihi-Chip. Es enthält 130 künstliche Neuronen und 130 Millionen Synapsen. Vor einem Jahr Firma Entwicklung eines Prototyps mit der 14-nm-Prozesstechnologie.
Neuromorphe Geräte können das Training neuronaler Netze beschleunigen. Solche Chips müssen im Gegensatz zu klassischen Prozessoren nicht regelmäßig auf Register oder Speicher zugreifen, um Daten zu erhalten. Alle Informationen werden ständig in künstlichen Neuronen gespeichert. Mit dieser Funktion können Sie neuronale Netze lokal trainieren (ohne eine Verbindung zu einer Speichereinrichtung mit einem Satz Testdaten herzustellen).
Es wird erwartet, dass neuromorphe Prozessoren in Smartphones und Geräten für das Internet der Dinge Anwendung finden. Doch von einer großflächigen Implementierung der Technologie in Nutzergeräte ist bislang keine Rede.
Quantenmaschinen
Die Basis von Quantencomputern sind Qubits. Ihre Arbeit basiert auf den Prinzipien der Quantenphysik – Verschränkung und Überlagerung. Durch Superposition kann sich ein Qubit gleichzeitig im Zustand Null und Eins befinden. Verschränkung ist ein Phänomen, bei dem die Zustände mehrerer Qubits miteinander verbunden werden. Mit diesem Ansatz können Sie Operationen mit Null und Eins gleichzeitig ausführen.
/ Foto CC BY-NA
Dadurch lösen Quantencomputer eine Reihe von Problemen viel schneller als herkömmliche Systeme. Beispiele Erstellung mathematischer Modelle in den Bereichen Finanzen, Chemie und Medizin sowie kryptografische Operationen.
Heutzutage entwickeln relativ wenige Unternehmen Quantencomputing. Unter ihnen können wir IBM hervorheben Quantencomputer, Intel mit und InoQ, das testet . Auch in diesem Bereich tätig , и .
Es ist noch zu früh, über die Masseneinführung von Quantencomputern zu sprechen. Auch wenn wir die hohen Kosten der Geräte nicht berücksichtigen, weisen sie erhebliche technologische Einschränkungen auf.
Insbesondere Quantenmaschinen arbeiten bei Temperaturen . Daher werden solche Geräte nur in spezialisierten Laboren installiert. Dies ist eine notwendige Maßnahme zum Schutz fragiler Qubits, die die Überlagerung nur wenige Sekunden lang aufrechterhalten können (jede Temperaturschwankung führt dazu). ).
Obwohl zu Beginn des Jahres IBM ein Quantencomputer, der außerhalb eines Labors in einer streng kontrollierten Umgebung betrieben werden kann – beispielsweise in lokalen Rechenzentren von Unternehmen. Sie können das Gerät jedoch noch nicht kaufen; Sie können seine Leistung nur über eine Cloud-Plattform mieten. Das Unternehmen verspricht, dass in Zukunft jeder diesen Computer kaufen kann, aber wann dies geschehen wird, ist noch unbekannt.
Materialien aus unserem Telegram-Kanal:
Source: habr.com
