Dul chun cinn superríomhaireachta: ag baint úsáide as líonraí optúla néaramaorfacha

Le blianta beaga anuas, tá an treocht a bhí aitheanta agus cruinn tráth, Dlí Moore, a thuar Gordon Moore ó IBM i 1965, ag éirí go mall anois mar thomhas neamhghnáthach ar fheidhmíocht na ríomhaireachta. Thuar Dlí Moore go ndéanfaí méadú faoi dhó ar líon na dtrasraitheoirí i gciorcad iomlánaithe thart ar gach dhá bhliain, go mbeadh níos mó trasraitheoirí sa mhéid céanna spáis, rud a d’fhág go dtiocfadh méadú ar ríomh agus ar fheidhmíocht ríomhaireachta dá réir. In Aibreán 2005, in agallamh, dúirt Gordon Moore é féin gur dócha nach mbeadh a theilgean inbhuanaithe a thuilleadh: “I dtéarmaí méid [na trasraitheoirí] is féidir leat a fheiceáil go bhfuil muid ag druidim le méid na n-adamh, rud atá ina bhac bunúsach, ach tá sé ina bhac bunúsach. Beidh dhá nó trí ghlúin ann sula rachaimid chomh fada sin amach—ach tá sé sin chomh fada amach agus a d’fheiceamar ariamh. Tá 10 go 20 bliain eile againn sula sroicheann muid teorainn bhunúsach.”   

Cé go bhfuil doomed dlí Moore a bheith buailte le deireadh marbh, tá táscairí eile ríomhaireachta ag feiceáil ardú in infheidhmeacht. Leis an teicneolaíocht a úsáidimid inár saol laethúil, is féidir linn go léir a fheiceáil ar threochtaí na ríomhairí ag fáil níos lú agus níos lú ach freisin go bhfuil cadhnraí gléas níos faide agus níos faide. Tugtar Dlí Koomey ar an treocht deiridh le cadhnraí, agus é ainmnithe i ndiaidh ollamh Ollscoil Stanford, Jonathan Koomey. Tá sé tuartha i ndlí Koomey "... ag ualach seasta ríomhaireachta, go dtitfidh an méid ceallraí a bheidh uait dhá fhachtóir gach bliain go leith." Dá bhrí sin, tá tomhaltas cumhachta leictreonach nó éifeachtacht fuinnimh ríomhairí faoi dhó thart ar gach 18 mí. Mar sin, is iad na treochtaí agus na hathruithe seo go léir atá ag díriú agus ag nochtadh todhchaí na ríomhaireachta.

Todhchaí na ríomhaireachta

Táimid tar éis teacht ar am sa stair ina bhfuil orainn an ríomhaireacht a ath-shainmhíniú toisc nach bhfuil na treochtaí agus na dlíthe a tuaradh roinnt blianta ó shin infheidhme a thuilleadh. Chomh maith leis sin, de réir mar a bhíonn an ríomhaireacht ag dul i dtreo na scálaí nana agus chandamach, tá teorainneacha fisiceacha soiléire agus dúshláin le teacht. B’fhéidir gurb í an iarracht is suntasaí ar shárríomhaireacht, an ríomhaireacht chandamach, an dúshlán soiléir a bhaineann le dul i bhfeidhm go fírinneach ar theagmháil chandamach le haghaidh ríomh comhthreomhar, is é sin, ríomhanna a dhéanamh roimh dhí-chomhleanúnachas chandamach. Mar sin féin, in ainneoin na ndúshlán a bhaineann leis an ríomhaireacht chandamach tá go leor dul chun cinn déanta le blianta beaga anuas. Is féidir teacht ar shamhlacha den ailtireacht thraidisiúnta ríomhaireachta John von Neumann a chuirtear i bhfeidhm ar an ríomhaireacht chandamach. Ach tá réimse eile den ríomhaireacht (super) nach bhfuil chomh mór sin ar eolas, ar a dtugtar ríomhaireacht néarómorfach nach leanann ailtireacht thraidisiúnta von Neumann. 

Shamhlaigh an tOllamh Caltech Carver Mead an ríomhaireacht néaramorfach ar ais ina pháipéar tosaigh i 1990.  Go bunúsach, tá prionsabail na ríomhaireachta néaramorfacha bunaithe ar phrionsabail ghníomhaíochta bitheolaíocha teoiricithe, cosúil leis na cinn a gceapann inchinn an duine iad a úsáid sa ríomhaireacht. Rinneadh achoimre in alt le Don Monroe ar idirdhealú gonta idir teoiric ríomhaireachta néaramorfach i gcomparáid le teoiric chlasaiceach ríomhaireachta von Neumann. Cumann um Innealra Ríomhaireachta dialann. Is mar seo a théann an ráiteas: “San ailtireacht thraidisiúnta von Neumann, feidhmíonn croí-lárnach loighiciúil cumhachtach (nó roinnt eile i gcomhthráth) go seicheamhach ar shonraí a fhaightear ón gcuimhne. I gcodarsnacht leis sin, dáileann an ríomhaireacht ‘néaramorfach’ ríomh agus cuimhne ar líon ollmhór ‘néaróin,’ atá sách primitive, gach ceann acu ag déanamh cumarsáide leis na céadta nó na mílte néaróin eile trí ‘shionapses’.”  

I measc na bpríomhghnéithe eile den ríomhaireacht néarómorfach tá éadulaingt lochtanna, a bhfuil sé mar aidhm aige cumas na hinchinne daonna a shamhaltú chun néaróin a chailleadh agus a bheith fós in ann feidhmiú. Mar an gcéanna, sa ríomhaireacht thraidisiúnta cuireann cailliúint trasraitheora amháin isteach ar fheidhmiú ceart. Buntáiste eile atá beartaithe agus dírithe ar ríomhaireacht néaramorfach ná nach gá é a ríomhchlárú; tá an aidhm dheireanach seo ina múnlú arís ar chumas na hinchinne daonna foghlaim, freagairt agus oiriúnú do chomharthaí. Mar sin, is í an ríomhaireacht néaramorfach an t-iarrthóir is fearr le haghaidh tascanna meaisínfhoghlama agus hintleachta saorga faoi láthair. 

Dul chun cinn maidir le sárríomhaireacht néar-morfach

Scrúdóidh an chuid eile den alt seo dul chun cinn na sárríomhaireachta néar-morfacha. Go sonrach, foilsíodh taighde le déanaí ar an Arxiv ó Alexander Tait et. al. Léiríonn Ollscoil Princeton go n-éiríonn le samhail líonra fótónach fótóineach bunaithe ar sileacain ná cur chuige ríomhaireachta traidisiúnta beagnach 2000-huaire níos fearr. D’fhéadfadh próiseáil faisnéise ultrafast a bheith mar thoradh ar an ardán fótónach néarómorfach seo den ríomhaireacht. 

An Tait et. al. páipéar dar teideal Fótóinic Sileacain Neuramorfacha Tosaíonn sé ag cur síos ar na buntáistí agus na míbhuntáistí a bhaineann le húsáid an tsolais fhótóinigh den radaíocht leictreamaighnéadach don ríomhaireacht. Is iad príomhphointí tosaigh an pháipéir gur úsáideadh solas go forleathan le haghaidh tarchur faisnéise ach ní le haghaidh claochlú faisnéise, i.e. ríomhaireacht optúil dhigiteach. Ar an gcaoi chéanna, maidir le ríomhaireacht chandamach, tá dúshláin bhunúsacha fhisiceacha ann don ríomhaireacht optúil dhigiteach. Ansin téann an páipéar isteach i sonraí ardán ríomhaireachta fótóinic néaramorfach atá beartaithe níos luaithe, an Tait et. al. foireann a foilsíodh in 2014, dar teideal Craoladh agus meáchan: Líonra comhtháite do phróiseáil spíc fhótóinic inscálaithe. Déanann a bpáipéar níos nuaí cur síos ar thorthaí an chéad léiriú turgnamhach ar líonra néarchóras fótónach comhtháite. 

San ailtireacht ríomhaireachta “craolta agus meáchain”, sanntar “iompróir tonnfhaid” uathúil do na “nóid” arb é “ilphléacsáil rannán tonnfhad (WDM)” é agus ansin craoltar iad chuig “nóid” eile. Is éard atá i gceist leis na “nóid” san ailtireacht seo iompar néaróin in inchinn an duine a insamhail. Ansin déantar comharthaí “WDM” a phróiseáil trí scagairí a bhfuil luach leanúnach orthu ar a dtugtar “bainc meáchain micreaithe (MRR)” agus ansin déantar iad a achoimriú go leictreach i luach braite cumhachta iomlán tomhaiste. Is é neamhlíneacht an chlaochlaithe/ríomhaireachta leictrea-optaice deiridh seo go beacht an neamhlíneacht a theastaíonn chun aithris a dhéanamh ar fheidhmiúlacht néaróin, rud atá riachtanach don ríomhaireacht faoi phrionsabail néarómorfacha. 

Sa pháipéar, pléann siad go bhfuil na dinimic claochlaithe leictrea-optaice seo atá fíoraithe go turgnamhach comhionann go matamaiticiúil le samhail “líonra néarach athfhillteach 2 nód leanúnach-ama” (CTRNN). Tugann na torthaí ceannródaíocha seo le tuiscint go bhféadfaí uirlisí ríomhchlárúcháin a úsáideadh le haghaidh samhlacha CTRNN a chur i bhfeidhm ar ardáin néaramorfacha sileacain-bhunaithe. Osclaíonn an fionnachtain seo an cosán chun modheolaíocht CTRNN a oiriúnú d’fhótóinic sileacain néaramorfach. Ina bpáipéar, ní dhéanann siad ach samhail den sórt sin a oiriúnú dá n-ailtireacht “craolta agus meáchain”. Léiríonn na torthaí go n-eascraíonn an tsamhail CTRNN arna insamhladh ar a n-ailtireacht 49 nód an ailtireacht néaramorfach ríomhaireachta chun dul i bhfeidhm ar mhúnlaí ríomhaireachta clasaiceacha trí 3 ordú méide.