Komputer, który jednocześnie przechowuje i przetwarza informacje

Ludzki mózg to niezwykła maszyna obliczeniowa. Nikt nie rozumie dokładnie, jak działa jego magia, ale częścią sztuczki jest możliwość jednoczesnego przechowywania i przetwarzania informacji.

To zupełnie inaczej niż w przypadku konwencjonalnych komputerów, które przechowują informacje w pamięci o dostępie swobodnym lub na dysku twardym i przesyłają je tam iz powrotem, zgodnie z wymaganiami, do jednostki centralnej.

Czas i energia to wszystko, co ostatecznie ogranicza konwencjonalną wydajność obliczeniową, tak zwane wąskie gardło von Neumanna. Zasadniczo to właśnie uniemożliwia konwencjonalnym komputerom zbliżenie się do wydajności biologicznych.

Wszystko to może się zmienić. Dzisiaj Max Di Ventra z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i Yuriy Pershin z Uniwersytetu Południowej Karoliny w Kolumbii zarysowują nową formę obliczeń zwaną memcomputing, opartą na niedawnym odkryciu komponentów elektronicznych w nanoskali, które zarówno przechowują, jak i przetwarzają informacje w w tym samym czasie.

Sercem tej nowej formy obliczeniowej są memrystor, memkondensator i meminduktor, podstawowe komponenty elektroniczne, które przechowują informacje, pracując odpowiednio jako rezystory, kondensatory i cewki indukcyjne.

Urządzenia te przewidywano teoretycznie w latach 70., ale wyprodukowano je po raz pierwszy w 2008 r., więc są to nowe dzieciaki w bloku elektroniki.

Fizycy natychmiast dostrzegli zdolność tak zwanych elementów memowych do naśladowania obliczeń biologicznych, a różne grupy zaprojektowały i zbudowały chipy do wykorzystania tej idei, na przykład tutaj.

Trudno jednak określić właściwości memelementów, które czynią je tak dobrymi w obliczeniach biologicznych. I tu wkraczają Di Ventra i Pershin. Ci faceci wydestylowali podstawowe właściwości, które powinny pozwolić memelementom dopasować się do wydajności mózgu.

Mówią, że te właściwości obejmują zdolność do przechowywania informacji przez długi czas; zdolność do wspólnego działania tak, aby stan urządzenia medycznego jako całości zależał od stanów wszystkich jego memelementów; odporność na hałas i drobne niedoskonałości; i tak dalej.

Być może najważniejsza jest jednak możliwość jednoczesnego przechowywania i przetwarzania informacji, właściwość, która jest całkowicie obca w konwencjonalnym świecie komputerowym

Jest to interesujące podejście, które próbuje skrystalizować najlepszy sposób podejścia do memcomputingu. I ma ogromny potencjał. Memkondensatory i meminduktory zasadniczo nie zużywają energii, a zatem powinny umożliwiać zastosowania bardzo niskoenergetyczne. Powinno to umożliwić im po raz pierwszy podejście do efektywności energetycznej systemów naturalnych.

Ważnym kamieniem milowym w tej dziedzinie byłaby demonstracja urządzenia memcomputingowego o możliwościach obliczeniowych i zużyciu energii porównywalnym (lub lepszym) z ludzkim mózgiem, mówią Di Ventra i Pershin.

Istotnym czynnikiem w tym wszystkim jest to, że zachowanie pamięci jest naturalną właściwością systemów w nanoskali. Dlatego eksperymentalne odkrycie memelementów trwało tak długo po teoretycznym przewidywaniu — musiało czekać, aż fizycy rozwiną zdolność do wytwarzania tak małych elementów.

A ponieważ komponenty elektroniczne stają się coraz mniejsze, producenci chipów będą oczywiście musieli sami radzić sobie z tymi nowymi właściwościami.

To zaoferuje wszelkiego rodzaju nowe możliwości. Układy biologiczne, takie jak neurony, w naturalny sposób działają w tej skali, a więc muszą być lub mieć elementy memelementowe. To nie umknęło Di Ventra i Perhsin: Wszystkie te cechy są kusząco podobne do tych spotykanych w sferze biologicznej, oferując w ten sposób nowe możliwości dla obliczeń inspirowanych biologią.

Obszar wart obejrzenia.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1211.4487 : Memcomputing: paradygmat obliczeniowy do przechowywania i przetwarzania informacji w tym samym czasie
Platforma fizyczna

ukryć