Hablamos sobre las novedades que pueden surgir en los centros de datos y más allá.
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Se considera que los transistores de silicio se están acercando a su límite tecnológico. La última vez que hablamos sobre los materiales que pueden reemplazar al silicio y enfoques alternativos para el desarrollo de transistores. Hoy hablamos sobre conceptos que pueden transformar los principios de funcionamiento de los sistemas computacionales tradicionales: máquinas cuánticas, chips neuromórficos y computadoras basadas en ADN..
Computadoras de ADN
Es un sistema que utiliza las capacidades computacionales de las moléculas de ADN. Las hebras de ADN están formadas por cuatro bases nitrogenadas: citosina, adenina, guanina y timina. Al enlazarlas en una secuencia específica, se puede codificar información. Para alterar los datos, se utilizan enzimas especiales que, a través de reacciones químicas, extienden las cadenas de ADN, así como las cortan y acortan. Estas reacciones pueden llevarse a cabo en diferentes partes de la molécula simultáneamente, lo que permite realizar cálculos en paralelo.
La primera computadora basada en ADN fue presentada en 1994. El profesor de biología molecular y ciencias computacionales (Leonard Adleman) utilizó varios tubos de ensayo con miles de millones de moléculas de ADN para intentar resolver para un grafo con siete vértices. Él representó sus vértices y aristas con fragmentos de ADN de veinte bases nitrogenadas, y luego aplicó el método de (PCR).
La desventaja de la computadora de Adleman era su "enfoque limitado". Estaba diseñada para resolver un solo problema y no podía realizar otros. Desde entonces, la situación ha cambiado: a finales de marzo, científicos de la Universidad de Maynooth y el Instituto Tecnológico de California crearon una computadora cuyos datos son cargados en forma de secuencias de ADN y pueden ser reprogramados.
El sistema puede abrir el camino a un nuevo tipo de sistemas computacionales, solo queda resolver el problema de la lenta entrada y salida de datos (el proceso de es bastante costoso y lleva mucho tiempo).
A pesar de las complicaciones, los expertos , que a largo plazo, los ordenadores basados en ADN del tamaño de los escritorios actuales superarán en rendimiento a los superordenadores. Podrán ser utilizados en centros de datos que se ocupan del procesamiento de grandes conjuntos de datos.
Procesadores neuromórficos
El término "neuromórfico" indica que la arquitectura del chip se basa en los principios de funcionamiento del cerebro humano. Estos procesadores emulan el funcionamiento de millones de neuronas con extensiones llamadas axones y dendritas. Los primeros son responsables de la transmisión de información, mientras que los segundos la perciben. Las neuronas están interconectadas mediante sinapsis, que son contactos especiales por los que se transmiten señales eléctricas (impulsos nerviosos).
La idea de crear sistemas neuromórficos surgió por primera vez . Pero los desarrollos en este campo comenzaron en serio después de los años 2000. Especialistas de IBM Research el proyecto SyNAPSE, cuyo objetivo era desarrollar un ordenador con una arquitectura diferente a la de von Neumann. En el marco de este proyecto, la empresa diseñó el chip . Este emula el funcionamiento de un millón de neuronas y 256 millones de sinapsis.
En IBM no son los únicos que trabajan en procesadores neuromórficos. La empresa Intel desde 2017 el chip Loihi. Este contiene 130 mil neuronas artificiales y 130 millones de sinapsis. Hace un año la empresa el desarrollo del prototipo fabricado con un proceso tecnológico de 14 nm.
Los dispositivos neuromórficos permiten acelerar el entrenamiento de redes neuronales. A diferencia de los procesadores clásicos, estos chips no necesitan acceder regularmente a registros o memoria para obtener datos. Toda la información se almacena constantemente en neuronas artificiales. Esta característica permitirá entrenar redes neuronales localmente (sin necesidad de conectarse a un almacenamiento con un conjunto de datos de prueba).
Se espera que los procesadores neuromórficos se utilicen en smartphones y dispositivos del Internet de las Cosas. Pero, por ahora, no se puede hablar de una implementación masiva de la tecnología en dispositivos para el usuario.
Máquinas cuánticas
La base de los ordenadores cuánticos está compuesta por qubits. Su funcionamiento se basa en los principios de la física cuántica: entrelazamiento y superposición. La superposición permite que un qubit esté en un estado de cero y uno al mismo tiempo. El entrelazamiento es un fenómeno en el que los estados de varios qubits están interrelacionados. Este enfoque permite llevar a cabo operaciones con cero y uno simultáneamente.
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Como resultado, los ordenadores cuánticos resuelven una serie de problemas mucho más rápido que los sistemas tradicionales. Ejemplos la construcción de modelos matemáticos en los campos financiero, químico y médico, así como operaciones criptográficas.
Hoy en día, el desarrollo de la computación cuántica está a cargo de un número relativamente pequeño de empresas. Entre ellas se destaca IBM con su , Intel con su y InoQ, que está probando . También están trabajando en este campo , y .
Aún es prematuro hablar sobre la implementación masiva de ordenadores cuánticos. Incluso sin considerar el alto costo de los dispositivos, tienen serias limitaciones tecnológicas.
En particular, las máquinas cuánticas funcionan a temperaturas . Por lo tanto, estos dispositivos solo se instalan en laboratorios especializados. Esta es una medida necesaria para proteger los frágiles qubits que pueden mantener la superposición durante solo unos pocos segundos (cualquier fluctuación de temperatura provoca su ).
Aunque a principios de año IBM presentó un ordenador cuántico capaz de funcionar fuera del laboratorio en un entorno controlado, por ejemplo, en centros de datos locales de empresas. Pero no se puede comprar el dispositivo, solo se puede alquilar su potencia a través de una plataforma en la nube. La empresa promete que en el futuro cualquier persona podrá adquirir este ordenador, pero cuándo sucederá es aún desconocido.
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Fuente: habr.com
