🥇Vilka typer av beräkningssystem kan framtiden bjuda på

Vi berättar om vad nytt som kan dyka upp i datacenter och på andra ställen.

/ фото jesse orrico Unsplash

Det anses att kiseltransistorer närmar sig sin teknologiska gräns. Senast diskuterade vi om hur de tillämpar teknologin för en ovanlig uppgift — att hitta fel i rubriker.) I slutändan lyckades vi automatisera upp till 90 % av flödet beroende på tjänsten. material som kan ersätta kisel och diskuterades alternativa metoder för att utveckla transistorer. Idag pratar vi om koncept som kan transformera arbetsprinciperna för traditionella datorsystem: kvantdatorer, neuromorfa chip och DNA-baserade datorer.

DNA-datorer

Detta är ett system som använder de beräkningsmässiga möjligheterna hos DNA-molekyler. DNA-strängar består av fyra kvävebaser: cytosin, adenin, guanin och tymin. Genom att binda dem i en specifik ordning kan man koda information. För att ändra data används speciella enzymer som genom kemiska reaktioner förstärker DNA-strängarna samt klipper och förkortar dem. Sådana reaktioner kan utföras på olika delar av molekylen samtidigt, vilket gör det möjligt att utföra parallella beräkningar.

Den första DNA-baserade datorn presenterades 1994. Professor i molekylär biologi och datavetenskap Leonard Adleman (Leonard Adleman) använde flera provrör med miljarder DNA-molekyler för att försöka lösa konsumentproblemet för en graf med sju noder. Adleman betecknade dess noder och kanter med fragment av DNA med tjugo kvävebaser, och tillämpade sedan metoden polymeraskedjereaktion (PCR).

En nackdel med Adlemans dator var dess "snäva inriktning". Den var specialiserad på att lösa ett problem och kunde inte utföra andra uppgifter. Sedan dess har situationen förändrats — i slutet av mars presenterade forskare från Menlo College och Caltech har presenterat en dator där data laddas in i form av DNA-sekvenser och kan omskrivas.

Systemet har potential att bana väg för en ny typ av datorsystem, men det återstår att lösa problemet med långsam in- och utmatning (processen sekvensering är ganska kostsam och tar lång tid).

Trots svårigheterna anser experter säger, att i framtiden kommer DNA-datorer på storleken av dagens stationära datorer att överträffa superdatorer i prestanda. De kommer att kunna användas i datacenter som hanterar stora mängder data.

Neuromorfa processorer

Termen "neuromorf" innebär att chipets arkitektur bygger på principerna för hur den mänskliga hjärnan fungerar. Dessa processorer simulerar arbetet hos miljontals neuroner med utskott som kallas axoner och dendriter. Axoner ansvarar för informationens överföring, medan dendriter ansvarar för att ta emot den. Neuroner är sammankopplade med synapser — speciella kontakter där elektriska signaler (nervimpulser) överförs.

Idén om att skapa neuromorfa system uppkom för första gången redan på 1990-talet. Men det var först efter 2000 år som man seriöst började utveckla inom detta område. Specialister från IBM Research startade projekt SyNAPSE, vars mål var att utveckla en dator med en arkitektur som skiljer sig från von Neumann-arkitekturen. Inom ramen för detta projekt designade företaget en chip TrueNorth. Den simulerar arbetet hos en miljon neuroner och 256 miljoner synapser.

Neuromorfa processorer utvecklas inte bara av IBM. Företaget Intel har sedan 2017 utvecklar chipet Loihi. Den innehåller 130 000 artificiella neuroner och 130 miljoner synapser. För ett år sedan slutfört utvecklades en prototyp med 14-nm teknologi.

Neuromorfa enheter möjliggör snabbare träning av neurala nätverk. Dessa chip, till skillnad från klassiska processorer, behöver inte regelbundet återkomma till register eller minne för data. All information lagras ständigt i artificiella neuroner. Denna funktionalitet kommer att möjliggöra lokal träning av neurala nätverk (utan att behöva kopplas till ett lagringsutrymme med testerdata).

Det förväntas att neuromorfa processorer kommer att användas i smartphones och IoT-enheter. Men än så länge kan man inte tala om en storskalig implementering av teknologin i konsumentenheter.

Kvantmaskiner

Kärnan i kvantdatorer utgörs av kvantbitar. Deras funktion är baserad på kvantfysikens principer – sammanflätning och superposition. Superposition möjliggör att en kvantbit kan befinna sig i både noll- och ett-tillstånd samtidigt. Sammanflätning är ett fenomen där flera kvantbits tillstånd blir sammanlänkade. Denna metod möjliggör att operationer kan utföras med noll och ett samtidigt.

Vad kan framtidens datorsystem se ut som
/ фото IBM Research CC BY-NA

Som ett resultat löser kvantdatorer ett antal uppgifter betydligt snabbare än traditionella system. Exempel på detta kan vara uppbyggnaden av matematiska modeller inom finans, kemi och medicin, samt kryptografiska operationer.

För närvarande är det relativt få företag som arbetar med utveckling av kvantdatorer. Bland dessa kan man nämna IBM med sin 50-kvantsbits kvantdator, Intel med en 49-kvantsbits och InoQ, som testar en 79-kvantsbits enhet. Även Rigetti arbetar inom detta område. Google, Det är för tidigt att prata om en bred implementering av kvantdatorer. Även om man bortser från den höga kostnaden för apparaterna har de allvarliga tekniska begränsningar. och D-Wave.

Specifikt arbetar kvantmaskiner vid temperaturer

nära den absoluta nollpunkten . Därför installeras sådana apparater endast i specialiserade laboratorier. Detta är ett nödvändigt skydd för de ömtåliga kvantbitarna, som kan upprätthålla superposition i endast några sekunder (any temperature fluctuations lead to theirdekoherens . I början av året presenterade IBM en kvantdator som kan fungera utanför laboratoriet med strikt kontrollerad miljö – till exempel i lokala datacenter för företag. Men för närvarande kan man inte köpa apparaten, utan endast hyra dess resurser genom en molnplattform. Företaget lovar att i framtiden kommer denna dator att kunna köpas av vem som helst, men när detta kommer att ske är ännu oklart.).

Material från vår Telegram-kanal: har presenterat Vad är VMware Virtual SAN (vSAN) – vi lär oss grunderna

Vi fortsätter med ämnet virtualisering – pratar om VMware NSX

Källa: habr.com