Räägime, mis uut võiksite andmekeskustes ja mujal näha.
/ фото Unsplash
Arvatakse, et räni transistorid on jõudmas oma tehnoloogilisse piiri. Viimati rääkisime me materjalidest, mis võiksid räni asendada ja alternatiivsetest lähenemistest transistorite arendamisel. Täna räägime kontseptsioonidest, mis võivad muuta traditsiooniliste arvutisüsteemide tööpõhimõtteid: kvantarvutitest, neurokardinalitest ja DNA-põhistest arvutitest..
DNA-arvutid
See on süsteem, mis kasutab DNA molekulide arvutusvõimet. DNA ahelad koosnevad neljast lämmastikusalvest: tsütosiinist, adenosiinist, guaniinist ja timiinist. Seondudes teatud järjestuses, on võimalik teavet kodeerida. Andmete muutmiseks kasutatakse spetsiaalseid ensüüme, mis keemiliste reaktsioonide abil pikendavad DNA ahelaid ning lõikavad ja lühendavad neid. Selliseid reaktsioone saab läbi viia samal ajal molekuli erinevates osades, võimaldades paralleelseid arvutusi.
Esimene DNA-põhine arvuti esitati 1994. aastal. Molekulaarbioloogia ja arvutiteaduse professor (Leonard Adleman) kasutas mitmeid katseklaase miljardite DNA molekulidega, et proovida lahendada seitsme tipuga graafikus. Tema tipud ja servad olid tähistatud DNA fragmentidega kahekümne lämmastikusalviga ning seejärel rakendas ta meetodit (PCR).
Adlemane arvuti miinuseks oli selle "kitsus". See oli ette valmistatud ühe probleemi lahendamiseks ja ei suutnud teisi lahendada. Sellest ajast on olukord muutunud — märtsi lõpus esitles Maynouth ülikooli ja Caltech'i teadlased arvutit, kuhu andmed laaditakse DNA järjestustena ja mida saab ümber programmeerida.
Süsteem suudab avada teed uue tüübi arvutisüsteemidele, tuleb vaid lahendada andmete aeglase sisendi ja väljundi probleem (protsess on üsna kulukas ja võtab kaua aega).
Hoolimata raskustest, eksperdid , et tulevikus võivad DNA-arvutid, mis on suurusega praegustesse lauaarvutitesse, ületada superarvutite jõudlust. Need saavad kasutust leida andmekeskustes, mis tegelevad suurte andmehulga töötlemisega.
Neurovormilised protsessorid
Mõisted "neurovormiline" tähistavad, et kiibi arhitektuur põhineb inimaju tööpõhimõtetel. Sellised protsessorid simuleerivad miljonite neuronite tööd, mille jalad nimetatakse aksoniteks ja dendriitideks. Esimesed vastutavad teabe edastamise eest, teised aga selle tajumise eest. Neuronid on omavahel ühendatud sünapside kaudu – spetsiaalsete kontaktide kaudu, mille kaudu edastatakse elektrilised signaalid (närviimpulsid).
Esmakordselt tekkis idee luua neurovormilisi süsteeme juba . Kuid tõeliselt hakati selle ala arendamisega tegelema pärast 2000. aasta algust. IBM Researchi spetsialistid SyNAPSE projekti, mille eesmärk oli välja töötada arvuti, mille arhitektuur erineb fon Neumanni arhitektuurist. Selle projekti raames projekteeris ettevõte kiibi . See simuleerib miljoni neuroni ja 256 miljoni sünapsi tööd.
Neurovormiliste protsessorite kallal töötavad mitte ainult IBM. Intel on alates 2017. aastast Loihi kiipi. Selle koostises on 130 tuhat tehisneuronit ja 130 miljonit sünapsi. Aasta tagasi lõpetas ettevõte Neurovormilised seadmed võimaldavad kiirendada närvivõrkude õpetamist. Sellised kiibid, erinevalt klassikalistest protsessoritest, ei pea regulaarselt teabe saamiseks registrite või meeleti poole pöörduma. Kogu teave on pidevalt salvestatud tehisneuronitesse. See omadus võimaldab õpetada närvivõrke kohapeal (ilma testandmete kogumiga ühendamata).
Oodatakse, et neurovormilised protsessorid leiavad kasutust nutitelefonides ja asjade interneti seadmetes. Kuid praegu ei saa rääkida tehnoloogia laialdasest kasutuselevõtust kasutajateseadmetes.
Kvantmasinad
Квантовые машины
Kvantnumbrite aluseks on kubiidid. Nende töö põhineb kvantfüüsika printsiipidel - põimumisel ja superpositsioonil. Superpositsioon võimaldab kubiidil olla samaaegselt null- ja ükkes. Põimumine on nähtus, kus mitme kubiidi seisundid osutuvad omavahel ühendatuks. Selline lähenemine võimaldab teostada operatsioone nii nulli kui ka ükkes samaaegselt.
/ фото CC BY-NA
Mõjuks kvantkompüterid lahendavad mitmeid ülesandeid tunduvalt kiiremini kui traditsioonilised süsteemid. Näideteks matemaatiliste mudelite loomine rahanduse, keemia ja meditsiini valdkondades, samuti krüptograafilised toimingud.
Tänaseks tegeleb kvantkomputatsiooni arendamisega suhteliselt väike hulk ettevõtteid. Nende seas on lisaks IBM-le ka kvantkompuuter, Intel oma ja InoQ, kes testib . Samuti tegelevad selle valdkonnaga , ja .
Kvantkomputite laialdasest kasutuselevõtust on veel vara rääkida. Isegi kui mitte arvestada seadmete kõrget hinda, on neil tõsised tehnoloogilised piirangud.
Eelkõige toimivad kvantmasinad temperatuuril . Seetõttu paigaldatakse sellised seadmed ainult spetsialiseeritud laboritesse. See on vajalik meetod haavatavate kubiidide kaitsmiseks, mis saavad superpositsiooni hoida vaid paar sekundit (igal temperatuurikõikumisel on nendele ).
Kuigi aasta alguses esitles IBM kvantkompuutrit, mis suudab töötada laboris range kontrolliga keskkonnas - näiteks kohalikes andmekeskustes. Kuid seadme ostmine pole veel võimalik, selle ressursse saab ainult rentida läbi pilveplatvormi. Ettevõte lubab, et tulevikus saab selle arvuti osta igaüks, kuid millal see juhtub - ei ole veel teada.
Materjalid meie Telegrami kanalist:
Allikas: habr.com
