Falamos sobre o que pode surgir nos data centers e não só.
/ фото Unsplash
Acredita-se que os transistores de silício estão se aproximando de seu limite tecnológico. Na última vez, nós falamos sobre materiais que podem substituir o silício e abordagens alternativas para o desenvolvimento de transistores. Hoje, discutimos conceitos que podem transformar os princípios de funcionamento dos sistemas computacionais tradicionais: máquinas quânticas, chips neuromórficos e computadores baseados em DNA..
Computadores de DNA
É um sistema que utiliza as capacidades computacionais das moléculas de DNA. As cadeias de DNA são compostas por quatro bases nitrogenadas: citosina, adenina, guanina e timina. Ao ligá-las em uma sequência específica, é possível codificar informações. Para alterar os dados, utiliza-se enzimas especiais que, por meio de reações químicas, montam as cadeias de DNA, além de cortá-las e encurtá-las. Essas reações podem ocorrer em várias partes da molécula simultaneamente, permitindo cálculos paralelos.
O primeiro computador baseado em DNA foi apresentado em 1994. O professor de biologia molecular e ciência da computação (Leonard Adleman) usou vários tubos de ensaio com bilhões de moléculas de DNA para tentar resolver para um grafo com sete vértices. Seus vértices e arestas foram representados por fragmentos de DNA com vinte bases nitrogenadas, e então ele aplicou o método (PCR).
A desvantagem do computador de Adleman era sua 'focalização'. Ele estava projetado para resolver uma única tarefa e não poderia realizar outras. Desde então, a situação mudou — no final de março, cientistas da Universidade de Maynooth e do Instituto de Tecnologia da Califórnia desenvolveram um computador cujos dados são carregados na forma de sequências de DNA e podem ser reprogramados.
O sistema é capaz de abrir caminho para um novo tipo de sistemas computacionais, mas ainda é necessário resolver o problema da lentidão na entrada e saída de dados (o processo de é bastante caro e leva um tempo considerável).
Apesar das dificuldades, os especialistas , que no futuro computadores quânticos do tamanho de desktops modernos superarão os supercomputadores em desempenho. Eles poderão ser utilizados em data centers que processam grandes volumes de dados.
Processadores neuromórficos
O termo "neuromórfico" indica que a arquitetura do chip é baseada nos princípios de funcionamento do cérebro humano. Esses processadores emulam o funcionamento de milhões de neurônios com ramificações chamadas axônios e dendritos. Os primeiros são responsáveis pela transmissão de informações, enquanto os segundos são responsáveis pela sua percepção. Os neurônios estão interconectados através de sinapses — contatos especiais pelos quais os sinais elétricos (impulsos nervosos) são transmitidos.
A ideia de criar sistemas neuromórficos surgiu pela primeira vez ainda . Mas foi a partir dos anos 2000 que as pesquisas nessa área ganharam mais seriedade. Especialistas da IBM Research projetaram o SyNAPSE, com o objetivo de desenvolver um computador com uma arquitetura diferente da arquitetura de von Neumann. Dentro desse projeto, a empresa projetou o chip . Ele emula o funcionamento de um milhão de neurônios e 256 milhões de sinapses.
Os processadores neuromórficos estão sendo desenvolvidos não apenas na IBM. A Intel, desde 2017, o chip Loihi. Ele contém 130 mil neurônios artificiais e 130 milhões de sinapses. Há um ano, a empresa o desenvolvimento do protótipo com tecnologia de 14 nm.
Dispositivos neuromórficos permitem acelerar o treinamento de redes neurais. Esses chips, ao contrário dos processadores clássicos, não precisam acessar registros ou memória regularmente em busca de dados. Todas as informações são armazenadas constantemente nos neurônios artificiais. Essa característica permitirá o treinamento de redes neurais localmente (sem a necessidade de conexão a um armazenamento com um conjunto de dados de teste).
Espera-se que os processadores neuromórficos encontrem aplicação em smartphones e dispositivos de Internet das Coisas. Mas, por enquanto, não se pode falar sobre uma implantação em larga escala da tecnologia em dispositivos de consumo.
Máquinas quânticas
A base dos computadores quânticos são os qubits. O seu funcionamento baseia-se nos princípios da física quântica — entrelaçamento e superposição. A superposição permite que um qubit esteja em um estado de zero e um ao mesmo tempo. O entrelaçamento é um fenômeno em que o estado de vários qubits se torna interconectado. Essa abordagem permite realizar operações com zero e um simultaneamente.
/ фото CC BY-NA
Como resultado — os computadores quânticos resolvem uma série de problemas muito mais rapidamente do que os sistemas tradicionais. Exemplos a construção de modelos matemáticos nas áreas financeira, química e médica, bem como operações criptográficas.
Atualmente, o desenvolvimento da computação quântica é feito por um número relativamente pequeno de empresas. Entre elas, destaca-se a IBM com o seu a Intel com e a InoQ, que está testando um Também atuam nessa área , e .
Ainda é cedo para falar sobre a implementação em massa de computadores quânticos. Mesmo desconsiderando o alto custo dos aparelhos, eles têm sérias limitações tecnológicas.
Em particular, as máquinas quânticas operam a temperaturas Por isso, esses aparelhos são instalados apenas em laboratórios especializados. Essa é uma medida necessária para proteger os frágil qubits, que podem manter a superposição por apenas alguns segundos (quaisquer flutuações de temperatura levam à sua ).
Embora no início do ano a IBM tenha anunciado um computador quântico capaz de operar fora do laboratório em um ambiente rigidamente controlado — por exemplo, em data centers locais de empresas. Mas o equipamento ainda não pode ser comprado, só é possível alugar sua capacidade através da plataforma em nuvem. A empresa promete que no futuro qualquer pessoa poderá adquirir esse computador, mas não se sabe quando isso acontecerá.
Materiais do nosso canal no Telegram:
Fonte: habr.com
