{"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\/pl\/blog\/news\/kakimi-mogut-byt-vychislitelnye-sistemy-budushhego","title":{"rendered":"Jakie mog\u0105 by\u0107 systemy obliczeniowe przysz\u0142o\u015bci","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Opowiadamy, co nowego mo\u017ce si\u0119 pojawi\u0107 w centrach danych i nie tylko w nich.<\/h4>\n

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

Uwa\u017ca si\u0119, \u017ce tranzystory krzemowe zbli\u017caj\u0105 si\u0119 do swojego technologicznego ograniczenia. Ostatnim razem m\u00f3wili\u015bmy opowiadali\u015bmy<\/a><\/noindex> o materia\u0142ach, kt\u00f3re mog\u0105 zast\u0105pi\u0107 krzem i dyskutowali\u015bmy<\/a><\/noindex> alternatywnych podej\u015bciach do rozwoju tranzystor\u00f3w. Dzi\u015b rozmawiamy o koncepcjach, kt\u00f3re mog\u0105 zmieni\u0107 zasady dzia\u0142ania tradycyjnych system\u00f3w obliczeniowych: maszynach kwantowych, chipach neuromorficznych i komputerach opartych na DNA<\/b>.
\n<\/a><\/noindex><\/p>\n

Komputery DNA<\/h2>\n

\nTo system, kt\u00f3ry wykorzystuje mo\u017cliwo\u015bci obliczeniowe cz\u0105steczek DNA. \u0141a\u0144cuchy DNA sk\u0142adaj\u0105 si\u0119 z czterech zasad azotowych: cytozyny, adeniny, guaniny i tyminy. \u0141\u0105cz\u0105c je w okre\u015blonej sekwencji, mo\u017cna kodowa\u0107 informacje. Do zmiany danych u\u017cywane s\u0105 specjalne enzymy, kt\u00f3re za pomoc\u0105 reakcji chemicznych rozbudowuj\u0105 \u0142a\u0144cuchy DNA, a tak\u017ce je tn\u0119 i skracaj\u0105. Takie reakcje mo\u017cna przeprowadza\u0107 w r\u00f3\u017cnych cz\u0119\u015bciach cz\u0105steczki jednocze\u015bnie, co pozwala na r\u00f3wnoleg\u0142e obliczenia.<\/p>\n

Pierwszy komputer oparty na DNA zaprezentowano w 1994 roku. Profesor biologii molekularnej i informatyki Leonard Adleman<\/a><\/noindex> (Leonard Adleman) u\u017cy\u0142 kilku prob\u00f3wek z miliardami cz\u0105steczek DNA, aby spr\u00f3bowa\u0107 rozwi\u0105za\u0107 problem komiwoja\u017cera<\/a><\/noindex> dla grafu z siedmioma wierzcho\u0142kami. Jego wierzcho\u0142ki i kraw\u0119dzie Adleman oznaczy\u0142 fragmentami DNA z dwudziestoma zasadami azotowymi, a nast\u0119pnie zastosowa\u0142 metod\u0119 reakcji \u0142a\u0144cuchowej polimerazy<\/a><\/noindex> (PCR).<\/p>\n

Wad\u0105 komputera Adlemana by\u0142a jego \u201eukierunkowanie\u201d. By\u0142 dostosowany do rozwi\u0105zywania jednego problemu i nie m\u00f3g\u0142 wykonywa\u0107 innych. Od tego czasu sytuacja si\u0119 zmieni\u0142a \u2014 pod koniec marca naukowcy z uniwersytetu Maynooth i California Institute of Technology przedstawili<\/a><\/noindex> stworzyli komputer, do kt\u00f3rego dane s\u0105 \u0142adowane w postaci sekwencji DNA i mog\u0105 by\u0107 przeprogramowywane.<\/p>\n

System ten mo\u017ce otworzy\u0107 drog\u0119 nowemu typowi system\u00f3w obliczeniowych, pozostaje jednak problem z wolnym wej\u015bciem i wyj\u015bciem danych (proces sekwencjonowania<\/a><\/noindex> jest do\u015b\u0107 kosztowny i czasoch\u0142onny).<\/p><\/blockquote>\n

\nMimo trudno\u015bci, eksperci m\u00f3wi\u0105<\/a><\/noindex>, co w przysz\u0142o\u015bci komputery DNA wielko\u015bci wsp\u00f3\u0142czesnych desktop\u00f3w b\u0119d\u0105 mia\u0142y przewag\u0119 wydajno\u015bciow\u0105 nad superkomputerami. Znajd\u0105 zastosowanie w centrach danych zajmuj\u0105cych si\u0119 przetwarzaniem du\u017cych zbior\u00f3w danych.<\/p>\n

Procesory neuromorficzne<\/h2>\n

\nTermin \u201eneuromorficzny\u201d oznacza, \u017ce architektura chipu opiera si\u0119 na zasadach dzia\u0142ania ludzkiego m\u00f3zgu. Takie procesory emuluj\u0105 dzia\u0142anie milion\u00f3w neuron\u00f3w z wypustkami, kt\u00f3re nazywane s\u0105 aksonami i dendrytami. Pierwsze odpowiadaj\u0105 za przesy\u0142anie informacji, a drugie \u2013 za jej odbi\u00f3r. Neurony po\u0142\u0105czone s\u0105 synapsami \u2013 specjalnymi punktami, przez kt\u00f3re przesy\u0142ane s\u0105 sygna\u0142y elektryczne (impulsy nerwowe).<\/p>\n

Pomys\u0142 stworzenia system\u00f3w neuromorficznych pojawi\u0142 si\u0119 po raz pierwszy w latach 90.<\/a><\/noindex>. Jednak powa\u017cniejsze prace w tej dziedzinie rozpocz\u0119\u0142y si\u0119 po 2000 roku. Specjali\u015bci z IBM Research uruchomili<\/a><\/noindex> opracowali projekt SyNAPSE, kt\u00f3rego celem by\u0142o stworzenie komputera o architekturze r\u00f3\u017cni\u0105cej si\u0119 od architektury von Neumanna. W ramach tego projektu firma zaprojektowa\u0142a chip TrueNorth<\/a><\/noindex>. Emuluje on dzia\u0142anie miliona neuron\u00f3w i 256 milion\u00f3w synaps.<\/p>\n

Nad procesorami neuromorficznymi pracuje nie tylko IBM. Firma Intel od 2017 roku opracowuje<\/a><\/noindex> chip Loihi. W jego sk\u0142adzie znajduje si\u0119 130 tysi\u0119cy sztucznych neuron\u00f3w i 130 mln synaps. Rok temu firma zako\u0144czy\u0142a<\/a><\/noindex> opracowanie prototypu w technologii 14-nm.<\/p>\n

Urz\u0105dzenia neuromorficzne umo\u017cliwiaj\u0105 przyspieszenie uczenia si\u0119 sieci neuronowych. Takie chipy, w przeciwie\u0144stwie do klasycznych procesor\u00f3w, nie musz\u0105 regularnie odwo\u0142ywa\u0107 si\u0119 do rejestr\u00f3w lub pami\u0119ci po dane. Ca\u0142a informacja jest stale przechowywana w sztucznych neuronach. Ta cecha pozwoli na lokalne uczenie sieci neuronowych (bez pod\u0142\u0105czenia do magazyn\u00f3w z zestawem danych testowych).<\/p>\n

Oczekuje si\u0119, \u017ce procesory neuromorficzne znajd\u0105 zastosowanie w smartfonach i urz\u0105dzeniach internetu rzeczy. Ale na razie nie mo\u017cna m\u00f3wi\u0107 o szerokim wdro\u017ceniu tej technologii w urz\u0105dzeniach u\u017cytkowych.<\/p><\/blockquote>\n

<\/p>\n

Komputery kwantowe<\/h2>\n

\nPodstaw\u0105 komputer\u00f3w kwantowych s\u0105 kubity. Ich dzia\u0142anie opiera si\u0119 na zasadach fizyki kwantowej \u2014 spl\u0105taniu i superpozycji. Superpozycja pozwala kubitowi znajdowa\u0107 si\u0119 w stanie zerowym i jedynkowym jednocze\u015bnie. Spl\u0105tanie to zjawisko, w kt\u00f3rym stany kilku kubit\u00f3w s\u0105 ze sob\u0105 powi\u0105zane. Takie podej\u015bcie umo\u017cliwia przeprowadzanie operacji z zerem i jedynk\u0105 jednocze\u015bnie.<\/p>\n

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

W efekcie \u2014 komputery kwantowe rozwi\u0105zuj\u0105 szereg zada\u0144 znacznie szybciej ni\u017c tradycyjne systemy. Przyk\u0142adami mog\u0105 by\u0107<\/a><\/noindex> budowa modeli matematycznych w finansach, chemii i medycynie, a tak\u017ce operacje kryptograficzne.<\/p><\/blockquote>\n

\nNa dzie\u0144 dzisiejszy rozwojem oblicze\u0144 kwantowych zajmuje si\u0119 stosunkowo niewiele firm. W\u015br\u00f3d nich mo\u017cna wyr\u00f3\u017cni\u0107 IBM z ich 50-kubitowym<\/a><\/noindex> komputerem kwantowym, Intela z 49-kubitowym<\/a><\/noindex> oraz InoQ, kt\u00f3ra testuje 79-kubitowe urz\u0105dzenie<\/a><\/noindex>. W tej dziedzinie pracuje r\u00f3wnie\u017c Google<\/a><\/noindex>, Rigetti<\/a><\/noindex> i D-Wave<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

O masowym wdro\u017ceniu komputer\u00f3w kwantowych na razie m\u00f3wienie jest przedwczesne. Nawet nie bior\u0105c pod uwag\u0119 wysokiego kosztu sprz\u0119tu, maj\u0105 one powa\u017cne ograniczenia technologiczne.<\/p>\n

W szczeg\u00f3lno\u015bci, komputery kwantowe dzia\u0142aj\u0105 w temperaturze bliskiej zeru bezwzgl\u0119dnemu<\/a><\/noindex>. Dlatego te urz\u0105dzenia s\u0105 instalowane tylko w wyspecjalizowanych laboratoriach. To gruntowna potrzeba ochrony delikatnych kubit\u00f3w, kt\u00f3re mog\u0105 utrzymywa\u0107 superpozycj\u0119 przez zaledwie kilka sekund (jakiekolwiek wahania temperatury prowadz\u0105 do ich dekoherencji<\/a><\/noindex>).<\/p>\n

Chocia\u017c na pocz\u0105tku roku IBM zaprezentowa\u0142o przedstawili<\/a><\/noindex> komputer kwantowy, mog\u0105cy dzia\u0142a\u0107 poza laboratorium w \u015bci\u015ble kontrolowanym \u015brodowisku \u2014 na przyk\u0142ad w lokalnych centrach danych firm. Jednak zakup urz\u0105dzenia na razie nie jest mo\u017cliwy, mo\u017cna jedynie wynaj\u0105\u0107 jego moce przez platform\u0119 chmurow\u0105. Firma obiecuje, \u017ce w przysz\u0142o\u015bci ka\u017cdy zainteresowany b\u0119dzie m\u00f3g\u0142 naby\u0107 ten komputer, ale nie wiadomo, kiedy to nast\u0105pi.<\/p>\n

\nMateria\u0142y z naszego kana\u0142u Telegram:<\/p>\n