Parliamo di cosa potrebbe emergere nei data center e oltre.
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Si ritiene che i transistor in silicio stiano raggiungendo il loro limite tecnologico. Nell'ultima occasione abbiamo parlato dei materiali che potrebbero sostituire il silicio e approcci alternativi allo sviluppo dei transistor. Oggi parliamo di concetti in grado di trasformare i principi operativi dei tradizionali sistemi di calcolo: macchine quantistiche, chip neuromorfici e computer basati sul DNA..
Computer DNA
È un sistema che sfrutta le capacità computazionali delle molecole di DNA. I filamenti di DNA sono composti da quattro basi azotate: citosina, adenina, guanina e timina. Collegandole in una determinata sequenza, è possibile codificare informazioni. Per modificare i dati, si utilizzano enzimi speciali che, attraverso reazioni chimiche, allungano le catene di DNA, nonché le tagliano e le accorciano. Tali reazioni possono avvenire in diverse parti della molecola simultaneamente, consentendo di eseguire calcoli in parallelo.
Il primo computer basato su DNA è stato presentato nel 1994. Il professor di biologia molecolare e informatica (Leonard Adleman) ha utilizzato diverse provette con miliardi di molecole di DNA per tentare di risolvere su un grafo con sette vertici. Adleman ha rappresentato i suoi vertici e spigoli con frammenti di DNA contenenti venti basi azotate e ha poi applicato il metodo (PCR).
Uno svantaggio del computer di Adleman era la sua "specializzazione ristretta". Era progettato per risolvere un singolo problema e non poteva eseguire altre operazioni. Da allora la situazione è cambiata: alla fine di marzo, scienziati dell'Università di Mainut e del California Institute of Technology hanno annunciato un computer che carica i dati sotto forma di sequenze di DNA e può essere riprogrammato.
Il sistema è in grado di aprire la strada a un nuovo tipo di sistemi computazionali, rimane da risolvere il problema con l'input e l'output lenti (il processo è abbastanza costoso e richiede molto tempo).
Nonostante le difficoltà, gli esperti , che in futuro i computer DNA delle dimensioni di attuali desktop supereranno in prestazioni i supercomputer. Saranno utilizzabili nei data center impegnati nell'elaborazione di enormi volumi di dati.
Processori neuromorfici
Il termine "neuromorfico" indica che l'architettura del chip si basa sui principi di funzionamento del cervello umano. Questi processori emulano il lavoro di milioni di neuroni con prolungamenti chiamati assoni e dendriti. I primi sono responsabili della trasmissione delle informazioni, mentre i secondi della loro percezione. I neuroni sono connessi tra loro tramite sinapsi, che sono contatti speciali attraverso i quali vengono trasmessi segnali elettrici (impulsi nervosi).
L'idea di creare sistemi neuromorfici è emersa per la prima volta . Tuttavia, le ricerche serie in questo campo sono iniziate dopo il 2000. Gli specialisti di IBM Research hanno avviato il progetto SyNAPSE, il cui obiettivo era sviluppare un computer con un'architettura diversa da quella di von Neumann. Nell'ambito di questo progetto, l'azienda ha progettato il chip . Esso emula il funzionamento di un milione di neuroni e 256 milioni di sinapsi.
I processori neuromorfici sono sviluppati non solo in IBM. Anche Intel dal 2017 sul chip Loihi. Esso è composto da 130.000 neuroni artificiali e 130 milioni di sinapsi. Un anno fa, la compagnia lo sviluppo di un prototipo con un processo tecnologico a 14nm.
I dispositivi neuromorfici consentono di accelerare l'apprendimento delle reti neurali. Questi chip, a differenza dei processori classici, non necessitano di consultare regolarmente registri o memoria per i dati. Tutte le informazioni sono costantemente memorizzate nei neuroni artificiali. Questa caratteristica permetterà di addestrare le reti neurali localmente (senza collegamento a un archivio con un insieme di dati di test).
Si prevede che i processori neuromorfici troveranno applicazione negli smartphone e nei dispositivi dell'Internet delle Cose. Tuttavia, al momento non si può parlare di un'introduzione su vasta scala della tecnologia nei dispositivi destinati agli utenti.
Macchine quantistiche
La base dei computer quantistici è costituita dai qubit. Il loro funzionamento si basa sui principi della fisica quantistica: l’entanglement e la sovrapposizione. La sovrapposizione consente a un qubit di trovarsi nello stato di zero e uno contemporaneamente. L’entanglement è un fenomeno in cui gli stati di più qubit risultano interconnessi. Questo approccio permette di eseguire operazioni con zero e uno allo stesso tempo.
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Di conseguenza, i computer quantistici risolvono una serie di problemi molto più rapidamente rispetto ai sistemi tradizionali. Esempi di la creazione di modelli matematici nei settori finanziario, chimico e medico, oltre ad operazioni crittografiche.
Attualmente, lo sviluppo del calcolo quantistico è gestito da un numero relativamente ristretto di aziende. Tra queste, spiccano IBM con il loro computer quantistico da 49 qubit un dispositivo da 79 qubit. Rigetti , e .
О массовом внедрении квантовых компьютеров пока говорить рано. Даже если не брать в расчет высокую стоимость аппаратов, они имеют серьезные технологические ограничения.
In particolare, le macchine quantistiche funzionano a temperature . Pertanto, tali apparecchi vengono installati solo in laboratori specializzati. Questa è una misura necessaria per proteggere i fragili qubit, capaci di mantenere la sovrapposizione per soli pochi secondi (qualunque oscillazione termica porta alla loro ).
. Anche se all'inizio dell'anno IBM ha annunciato un computer quantistico in grado di operare al di fuori del laboratorio con un ambiente rigidamente controllato — ad esempio, nei data center locali delle aziende. Ma l'apparecchio non è ancora disponibile per l'acquisto, è possibile solo noleggiare le sue capacità tramite una piattaforma cloud. L'azienda promette che in futuro questo computer potrà essere acquistato da chiunque, ma non si sa quando avverrà.
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Fonte: habr.com
