{"id":35583,"date":"2019-10-31T22:05:11","date_gmt":"2019-10-31T19:05:11","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/kakimi-mogut-byt-vychislitelnye-sistemy-budushhego\/"},"modified":"2019-10-31T22:05:11","modified_gmt":"2019-10-31T19:05:11","slug":"kakimi-mogut-byt-vychislitelnye-sistemy-budushhego","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/novosti-interneta\/kakimi-mogut-byt-vychislitelnye-sistemy-budushhego","title":{"rendered":"Wie k\u00f6nnten die Rechensysteme der Zukunft aussehen?","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Wir berichten, welche Innovationen in Rechenzentren und dar\u00fcber hinaus auftauchen k\u00f6nnten.<\/h4>\n

\n\"Wie<\/a><\/noindex>
\n\/ \u0444\u043e\u0442\u043e jesse orrico<\/a><\/noindex> Unsplash<\/i><\/p>\n

Es wird angenommen, dass siliciumbasierte Transistoren sich ihrem technologischen Limit n\u00e4hern. Bei der letzten Diskussion haben wir \u00fcber<\/a><\/noindex> Materialien er\u00f6rtert, die Silizium ersetzen k\u00f6nnten, und alternative Ans\u00e4tze zur Entwicklung von Transistoren behandelt. Heute sprechen wir \u00fcber Konzepte, die in der Lage sind, die Funktionsprinzipien traditioneller Rechensysteme zu transformieren:<\/a><\/noindex> Quantenmaschinen, neuromorphe Chips und DNA-basierte Computer. DNA-Computer<\/b>.
\n<\/a><\/noindex><\/p>\n

Das ist ein System, das die Rechenkapazit\u00e4ten von DNA-Molek\u00fclen nutzt. DNA-Str\u00e4nge bestehen aus vier Stickstoffbasen: Cytosin, Adenin, Guanin und Thymin. Durch die Verkn\u00fcpfung dieser Basen in einer bestimmten Reihenfolge kann Informationen kodiert werden. Um Daten zu \u00e4ndern, kommen spezielle Enzyme zum Einsatz, die durch chemische Reaktionen DNA-Str\u00e4nge erweitern sowie sie schneiden und k\u00fcrzen. Solche Reaktionen k\u00f6nnen an verschiedenen Stellen des Molek\u00fcls gleichzeitig durchgef\u00fchrt werden, was paralleles Rechnen erm\u00f6glicht.<\/h2>\n

\nDies ist ein System, das die Rechenkapazit\u00e4ten von DNA-Molek\u00fclen nutzt. DNA-Str\u00e4nge bestehen aus vier stickstoffhaltigen Basen: Cytosin, Adenin, Guanin und Thymin. Durch die Verkn\u00fcpfung dieser Basen in einer bestimmten Reihenfolge k\u00f6nnen Informationen codiert werden. F\u00fcr die Datenver\u00e4nderung kommen spezielle Enzyme zum Einsatz, die mithilfe chemischer Reaktionen die DNA-Str\u00e4nge verl\u00e4ngern, schneiden und k\u00fcrzen. Solche Reaktionen k\u00f6nnen gleichzeitig in verschiedenen Teilen des Molek\u00fcls durchgef\u00fchrt werden, was paralleles Rechnen erm\u00f6glicht.<\/p>\n

Der erste Computer auf Basis von DNA wurde 1994 vorgestellt. Professor f\u00fcr Molekularbiologie und Informatik Leonard Adleman<\/a><\/noindex> (Leonard Adleman) verwendete mehrere Reagenzgl\u00e4ser mit Milliarden von DNA-Molek\u00fclen, um zu versuchen, das Handelsreisendenproblem<\/a><\/noindex> f\u00fcr einen Graphen mit sieben Knoten zu l\u00f6sen. Seine Knoten und Kanten bezeichnete Adleman mit DNA-Fragmenten, die zwanzig Basenpaare enthielten, und wandte anschlie\u00dfend die Polymerase-Kettenreaktion<\/a><\/noindex> (PCR) an.<\/p>\n

Ein Nachteil von Adlemans Computer war seine \"Spezialisation\". Er war darauf ausgelegt, eine bestimmte Aufgabe zu l\u00f6sen und konnte keine anderen ausf\u00fchren. Seither hat sich die Situation ge\u00e4ndert \u2013 Ende M\u00e4rz pr\u00e4sentierten Wissenschaftler der Maynooth University und des California Institute of Technology haben vorgestellt<\/a><\/noindex> einen Computer, bei dem Daten in Form von DNA-Sequenzen geladen und umprogrammiert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Das System k\u00f6nnte den Weg zu einer neuen Art von Computersystemen ebnen, jedoch bleibt das Problem der langsamen Datenaufnahme und -abgabe zu l\u00f6sen (der Sequenzierungsprozess<\/a><\/noindex> ist ziemlich kostspielig und zeitaufwendig).<\/p><\/blockquote>\n

\nTrotz der Schwierigkeiten sind Experten dass langsames Internet oft junge Menschen dazu zwingt, l\u00e4ndliche Gebiete zu verlassen. Ein weiteres Beispiel ist Lagos (die gr\u00f6\u00dfte Stadt Nigerias), in der<\/a><\/noindex>, wobei in naher Zukunft DNA-Computer in der Gr\u00f6\u00dfe moderner Desktop-Computer in Bezug auf die Leistungsf\u00e4higkeit \u00fcber Supercomputer hinauswachsen k\u00f6nnten. Sie k\u00f6nnten in Rechenzentren eingesetzt werden, die sich mit der Verarbeitung gro\u00dfer Datenmengen befassen.<\/p>\n

Neuromorphe Prozessoren<\/h2>\n

\nDer Begriff \u201eneuromorph\u201c bedeutet, dass die Architektur des Chips auf den Funktionsweisen des menschlichen Gehirns basiert. Solche Prozessoren simulieren die Arbeit von Millionen von Neuronen mit Forts\u00e4tzen, die Axone und Dendriten genannt werden. Erstere sind f\u00fcr die Informations\u00fcbertragung verantwortlich, w\u00e4hrend letztere f\u00fcr deren Wahrnehmung zust\u00e4ndig sind. Die Neuronen sind durch Synapsen verbunden \u2013 spezielle Kontakte, \u00fcber die elektrische Signale (Nervenimpulse) \u00fcbertragen werden.<\/p>\n

Die Idee zur Schaffung neuromorpher Systeme entstand erstmals in den 1990er Jahren<\/a><\/noindex>. Doch ernsthafte Entwicklungen in diesem Bereich wurden erst nach den 2000er Jahren vorangetrieben. Spezialisten von IBM Research starteten<\/a><\/noindex> das Projekt SyNAPSE, dessen Ziel die Entwicklung eines Computers mit einer von der von von Neumann abweichenden Architektur war. Im Rahmen dieses Projekts entwarf das Unternehmen den Chip TrueNorth<\/a><\/noindex>. Er emuliert die Arbeitsweise von einer Million Neuronen und 256 Millionen Synapsen.<\/p>\n

An nicht nur IBM arbeitet an neuromorphen Prozessoren. Auch das Unternehmen Intel entwickelt seit 2017 den<\/a><\/noindex> Loihi-Chip. Dieser besteht aus 130.000 k\u00fcnstlichen Neuronen und 130 Millionen Synapsen. Vor einem Jahr hat das Unternehmen die Entwicklung<\/a><\/noindex> eines Prototyps im 14-nm-Fertigungsprozess abgeschlossen.<\/p>\n

Neuromorphe Ger\u00e4te erm\u00f6glichen eine schnellere Ausbildung von neuronalen Netzen. Im Gegensatz zu klassischen Prozessoren m\u00fcssen diese Chips nicht regelm\u00e4\u00dfig auf Register oder Speicher zugreifen. Alle Informationen werden permanent in k\u00fcnstlichen Neuronen gespeichert. Diese Eigenschaft erm\u00f6glicht es, neuronale Netze lokal zu trainieren (ohne eine Verbindung zu einem Speicher mit Testdaten).<\/p>\n

Es wird erwartet, dass neuromorphe Prozessoren in Smartphones und Internet-of-Things-Ger\u00e4ten Anwendung finden. Bisher ist jedoch keine gro\u00dffl\u00e4chige Implementierung der Technologie in Endger\u00e4ten abzusehen.<\/p><\/blockquote>\n

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Quantenmaschinen<\/h2>\n

\nDie Grundlage von Quantencomputern bilden Qubits. Ihre Funktionsweise beruht auf den Prinzipien der Quantenphysik \u2013 Verschr\u00e4nkung und \u00dcberlagerung. \u00dcberlagerung erm\u00f6glicht es einem Qubit, sich gleichzeitig in einem Zustand von null und eins zu befinden. Verschr\u00e4nkung ist ein Ph\u00e4nomen, bei dem die Zust\u00e4nde mehrerer Qubits miteinander verbunden sind. Dieser Ansatz erlaubt es, Operationen mit null und eins gleichzeitig durchzuf\u00fchren.<\/p>\n

\"Wie
\n\/ \u0444\u043e\u0442\u043e IBM Forschung<\/a><\/noindex> CC BY-NA<\/i><\/p>\n

Infolgedessen l\u00f6sen Quantencomputer eine Reihe von Aufgaben deutlich schneller als herk\u00f6mmliche Systeme. Beispiele daf\u00fcr k\u00f6nnten sein<\/a><\/noindex> der Aufbau mathematischer Modelle in den Bereichen Finanzen, Chemie und Medizin sowie kryptografische Operationen.<\/p><\/blockquote>\n

\nBis heute wird die Entwicklung von Quantencomputing von relativ wenigen Unternehmen betrieben. Dazu geh\u00f6rt IBM mit ihrem 50-Qubit<\/a><\/noindex> Quantencomputer, Intel mit 49-Qubits<\/a><\/noindex> und InoQ, die ein 79-Qubit-Ger\u00e4t<\/a><\/noindex>. Auch in diesem Bereich sind Google<\/a><\/noindex>, Rigetti<\/a><\/noindex> und D-Wave<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Aktuell ist es noch zu fr\u00fch, um von einer breiten Einf\u00fchrung von Quantencomputern zu sprechen. Selbst wenn man die hohen Kosten der Ger\u00e4te au\u00dfer Acht l\u00e4sst, weisen sie erhebliche technologische Einschr\u00e4nkungen auf.<\/p>\n

Insbesondere arbeiten Quantenmaschinen bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt<\/a><\/noindex>. Daher werden solche Ger\u00e4te nur in spezialisierten Laboren installiert. Dies ist eine notwendige Ma\u00dfnahme, um die empfindlichen Qubits zu sch\u00fctzen, die nur f\u00fcr einige Sekunden in der Lage sind, eine Superposition aufrechtzuerhalten (jegliche Temperaturschwankungen f\u00fchren zu ihrer Dekoh\u00e4renz<\/a><\/noindex>).<\/p>\n

). Obwohl IBM zu Beginn des Jahres haben vorgestellt<\/a><\/noindex> einen Quantencomputer vorgestellt hat, der au\u00dferhalb eines Labors in einer streng kontrollierten Umgebung \u2014 beispielsweise in den lokalen Rechenzentren von Unternehmen \u2014 betrieben werden kann. Derzeit kann das Ger\u00e4t jedoch nicht gekauft werden, sondern nur die Kapazit\u00e4ten \u00fcber die Cloud-Plattform gemietet werden. Das Unternehmen verspricht, dass dieser Computer in Zukunft von jedem gekauft werden kann, aber wann dies geschehen wird, ist noch unbekannt.<\/p>\n

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