Îți povestim despre ce noutăți ar putea apărea în centrele de date și nu numai.
/ фото Unsplash
Se consideră că tranzistorii pe bază de siliciu se apropie de limită tehnologică. Ultima dată am discutat despre materialele care ar putea înlocui siliciul și despre abordările alternative în dezvoltarea tranzistorilor. Astăzi vorbim despre concepte capabile să transforme principiile de funcționare ale sistemelor tradiționale de calcul: computere cuantice, cipuri neuromorfice și computere bazate pe ADN.
Computerele ADN
Aceasta este o sistemă care folosește capacitățile de calcul ale moleculelor de ADN. Firele de ADN sunt compuse din patru baze azotate: citozina, adenina, guanina și timina. Prin legarea lor într-o anumită succesiune, se poate codifica informația. Pentru a schimba datele se folosesc enzime speciale care, prin reacții chimice, extind lanțurile de ADN, precum și le taie și scurtează. Aceste reacții pot avea loc în diferite părți ale moleculei simultan, ceea ce permite efectuarea de calcul la scară paralelă.
Primul computer bazat pe ADN a fost prezentat în 1994. Profesorul de biologie moleculară și științe ale calculatoarelor (Leonard Adleman) a folosit mai multe eprubete cu miliarde de molecule de ADN pentru a încerca să rezolve pentru un grafic cu șapte vârfuri. Vârfurile și muchiile sale au fost definite de fragmente de ADN cu douăzeci de baze azotate, iar apoi a aplicat metoda (PCR).
Dezavantajul computerului lui Adleman a fost «îngustimea» sa. A fost specializat pentru a rezolva o singură problemă și nu putea efectua altele. De atunci, situația s-a schimbat — la sfârșitul lunii martie, oamenii de știință de la Universitatea Maynooth și de la Institutul Tehnologic Califormian au dezvoltat un computer, în care datele sunt încărcate sub formă de secvențe ADN și pot fi reprogramate.
Sistemul este capabil să deschidă calea pentru un nou tip de sisteme de calcul, fiind nevoie să se rezolve problema legată de intrarea și ieșirea lentă a datelor (procesul fiind destul de costisitor și consumând mult timp).
Cu toate acestea, experții , care în viitor computerele cu ADN de dimensiunea desktop-urilor actuale vor depăși supercomputerele în ceea ce privește performanța. Acestea vor putea fi utilizate în centrele de date care se ocupă cu procesarea unor cantități mari de date.
Procesoare neuromorfice
Termenul „neuromorf” indică faptul că arhitectura cipului se bazează pe principiile de funcționare ale creierului uman. Aceste procesoare imită funcționarea a milioane de neuroni cu ramificațiile denumite axoni și dendrite. Primele sunt responsabile pentru transmiterea informației, iar cele din urmă - pentru percepția acesteia. Neuronii sunt conectați între ei prin sinapse - contacte speciale prin care sunt transmise semnalele electrice (impulsurile nervoase).
Ideea creării sistemelor neuromorfe a apărut pentru prima dată . Dar dezvoltările serioase în acest domeniu au început după anii 2000. Specialiștii de la IBM Research au inițiat proiectul SyNAPSE, cu scopul de a dezvolta un computer cu o arhitectură diferită de cea von Neumann. În cadrul acestui proiect, compania a proiectat cipul . Acesta imită funcționarea unui milion de neuroni și 256 de milioane de sinapse.
Nu doar la IBM se lucrează la procesoare neuromorfe. Compania Intel din 2017 cipul Loihi. Acesta conține 130 de mii de neuroni artificiali și 130 de milioane de sinapse. Cu un an în urmă, compania dezvoltarea prototipului fabricat pe un proces tehnologic de 14 nm.
Dispozitivele neuromorfe permit accelerarea învățării rețelelor neuronale. Aceste cipuri, spre deosebire de procesoarele clasice, nu trebuie să acceseze în mod regulat registrele sau memoria pentru date. Toate informațiile sunt stocate constant în neuronii artificiali. Această caracteristică va permite antrenarea rețelelor neuronale local (fără a fi nevoie de conectare la un sistem de stocare cu un set de date de test).
Se așteaptă ca procesoarele neuromorfe să fie utilizate în smartphone-uri și dispozitive IoT. Dar deocamdată, nu se poate vorbi despre implementarea pe scară largă a tehnologiei în dispozitivele utilizatorilor.
Mașini cuantice
Bazele calculatoarelor cuantice sunt formate din cubiți. Funcționarea lor se bazează pe principiile fizicii cuantice — entanglement și superpoziție. Superpoziția permite cubitului să se afle în starea de zero și unu simultan. Entanglement-ul este fenomenul prin care stările mai multor cubiți devin interconectate. Această abordare permite realizarea operațiunilor cu zero și unu simultan.
/ фото CC BY-NA
Ca rezultat — calculatoarele cuantice rezolvă o serie de probleme mult mai repede decât sistemele tradiționale. Exemplele construirea de modele matematice în domenii financiare, chimice și medicale, precum și operațiuni criptografice.
În prezent, dezvoltarea calculatoarelor cuantice este gestionată de un număr relativ mic de companii. Dintre acestea, se remarcă IBM cu Intel cu și InoQ, care testează . De asemenea, în acest domeniu activează , și .
Despre implementarea la scară largă a calculatoarelor cuantice este încă prea devreme pentru a discuta. Chiar și fără a lua în considerare costul ridicat al aparatelor, acestea au limitări tehnologice serioase.
În special, mașinile cuantice funcționează la temperaturi . Prin urmare, aceste aparate sunt instalate doar în laboratoare specializate. Aceasta este o măsură necesară pentru a proteja cubiții fragili, care pot menține superpoziția timp de câteva secunde (orice fluctuație de temperatură duce la ).
Deși la începutul anului IBM a anunțat un calculator cuantic capabil să funcționeze în afara laboratorului, într-un mediu riguros controlat — de exemplu, în centre de date locale. Dar nu se poate cumpăra aparatul, ci se pot închiria resursele sale prin intermediul unei platforme cloud. Compania promite că în viitor acest calculator va putea fi achiziționat de oricine dorește, dar când se va întâmpla acest lucru — rămâne de văzut.
Materiale din canalul nostru Telegram:
Sursa: habr.com
