Avvanzi tas-supercomputing: bl-użu ta 'netwerks ottiċi newromorfiċi

Fl-aħħar ftit deċennji, ix-xejra li darba magħrufa sew u preċiża, il-Liġi ta 'Moore, imbassra minn Gordon Moore ta' l-IBM fl-1965, issa qed issir bil-mod kejl difunt tal-prestazzjoni tal-kompjuter. Il-Liġi ta 'Moore bassar li madwar kull sentejn in-numru ta' transistors f'ċirkwit integrat jirdoppja, li jkun hemm aktar transistors fl-istess ammont ta 'spazju, li jwassal għal żieda fil-komputazzjoni u b'hekk il-prestazzjoni tal-kompjuter. F’April 2005, f’intervista, Gordon Moore stess iddikjara li l-projezzjoni tiegħu x’aktarx ma tibqax sostenibbli: “F’termini ta’ daqs [ta’ transistors] tista’ tara li qed noqorbu lejn id-daqs tal-atomi li huwa ostaklu fundamentali, iżda huwa se jkun hemm żewġ jew tliet ġenerazzjonijiet qabel ma naslu s’issa—iżda dan huwa l-bogħod kemm qatt stajna naraw. Għandna 10 sa 20 sena oħra qabel ma nilħqu limitu fundamentali.”   

Għalkemm il-liġi ta 'Moore hija kkundannata li tolqot xi tmiem mejta, indikaturi oħra tal-kompjuter qed jaraw żieda fl-applikabbiltà. Bit-teknoloġija li nużaw fil-ħajja tagħna ta’ kuljum, ilkoll nistgħu naraw ix-xejriet tal-kompjuters dejjem iżgħar iżda wkoll li l-batteriji tal-apparat qed idumu aktar u aktar. It-tendenza tal-aħħar bil-batteriji tissejjaħ il-Liġi ta 'Koomey, imsemmija wara l-professur tal-Università ta' Stanford Jonathan Koomey. Il-liġi ta' Koomey tbassar li "... b'tagħbija ta' kompjuter fissa, l-ammont ta' batterija li għandek bżonn se jonqos b'fattur ta' tnejn kull sena u nofs." Għalhekk, il-konsum tal-enerġija elettronika jew l-effiċjenza tal-enerġija tal-kompjuters qed jirduppjaw madwar kull 18-il xahar. Allura, dak li qed jindikaw u jiżvelaw dawn ix-xejriet u l-bidliet kollha huwa l-futur tal-kompjuters.

Il-futur tal-kompjuters

Wasalna fi żmien fl-istorja fejn qed ikollna niddefinixxu mill-ġdid l-informatika peress li t-tendenzi u l-liġijiet imbassra bosta deċennji ilu m’għadhomx applikabbli. Barra minn hekk, hekk kif il-kompjuters jimbuttaw lejn l-iskali nano u quantum, hemm limitazzjonijiet fiżiċi ovvji u sfidi li jridu jingħelbu. Forsi l-aktar tentattiv notevoli ta 'supercomputing, quantum computing, għandu l-isfida ovvja li verament jisfrutta t-tħabbil quantum għal komputazzjoni parallela, jiġifieri, twettaq komputazzjonijiet qabel decoerence quantum. Madankollu, minkejja l-isfidi tal-komputazzjoni kwantistika kien hemm ħafna progress fl-aħħar deċennji. Wieħed jista’ jsib mudelli tal-arkitettura tal-kompjuter tradizzjonali John von Neumann applikata għall-komputazzjoni kwantistika. Iżda hemm qasam ieħor mhux daqshekk magħruf ta' (super)computing, imsejjaħ newromorphic computing li ma jsegwix l-arkitettura tradizzjonali ta' von Neumann. 

Kompjuter newromorfiku kien previst mill-professur Caltech Carver Mead lura fid-dokument seminali tiegħu fl-1990. Fundamentalment, il-prinċipji tal-kompjuters newromorfiċi huma bbażati fuq prinċipji bijoloġiċi teorizzati ta 'azzjoni, bħal dawk maħsuba li jiġu utilizzati mill-moħħ tal-bniedem fil-komputazzjoni. Distinzjoni fil-qosor bejn it-teorija tal-informatika newromorfika kontra t-teorija tal-kompjuters klassika ta’ von Neumann ġiet miġbura fil-qosor f’artiklu minn Don Monroe fil- Assoċjazzjoni għal Makkinarju tal-Kompjuter ġurnal. L-istqarrija tgħid hekk: “Fl-arkitettura tradizzjonali von Neumann, qalba loġika qawwija (jew diversi b’mod parallel) topera b’mod sekwenzjali fuq data miġbura mill-memorja. B’kuntrast, l-informatika ‘newromorfika’ tqassam kemm il-komputazzjoni kif ukoll il-memorja fost numru enormi ta’ ‘newroni’ relattivament primittivi, li kull wieħed jikkomunika ma’ mijiet jew eluf ta’ newroni oħra permezz ta’ ‘sinapsi’.”  

Karatteristiċi ewlenin oħra tal-kompjuters newromorfiċi jinkludu l-intolleranza għall-ħsarat, li għandha l-għan li timmudella l-abbiltà tal-moħħ tal-bniedem li jitlef in-newroni u xorta jkun kapaċi jiffunzjona. B'mod analogu, fil-kompjuters tradizzjonali t-telf ta 'transistor wieħed jaffettwa l-funzjonament tajjeb. Vantaġġ ieħor maħsub u mmirat tal-kompjuters newromorfiċi huwa li m'hemmx bżonn li jiġi pprogrammat; dan l-aħħar għan huwa għal darb'oħra li jimmudella l-kapaċità tal-moħħ tal-bniedem li jitgħallem, jirrispondi u jadatta għas-sinjali. Għalhekk, l-informatika newromorfika bħalissa hija l-aħjar kandidat għat-tagħlim tal-magni u l-kompiti ta 'intelliġenza artifiċjali. 

Avvanzi tas-supercomputing newromorfiku

Il-bqija ta 'dan l-artikolu ser jidħol fl-avvanzi tas-supercomputing newromorfiku. Speċifikament, riċerka ppubblikata reċentement dwar l-Arxiv minn Alexander Tait et. al. mill-Università ta 'Princeton juri li mudell ta' netwerk newrali fotoniku bbażat fuq is-silikon jegħleb l-approċċ tal-kompjuters konvenzjonali bi kważi 2000 darba. Din il-pjattaforma fotonika newromorfika tal-kompjuter tista 'twassal għal ipproċessar ta' informazzjoni ultraveloċi. 

Il-Tait et. al. karta intitolata Fotonika tas-Silikon newromorfika jibda jiddeskrivi l-vantaġġi u l-iżvantaġġi tal-użu tal-forma tad-dawl fotonika tar-radjazzjoni elettromanjetika għall-kompjuters. Il-punti ewlenin inizjali tal-karta huma li d-dawl intuża ħafna għat-trażmissjoni tal-informazzjoni iżda mhux għat-trasformazzjoni tal-informazzjoni, jiġifieri kompjuters ottiċi diġitali. Bl-istess mod, għall-kompjuters quantum, hemm sfidi fiżiċi fundamentali għall-kompjuters ottiċi diġitali. Il-karta mbagħad tidħol fid-dettalji ta 'pjattaforma ta' kompjuters fotonika newromorfika proposta preċedenti l-Tait et. al. tim ippubblikat fl-2014, intitolat Xandira u piż: Netwerk integrat għall-ipproċessar ta 'spike fotoniċi skalabbli. Id-dokument aktar ġdid tagħhom jiddeskrivi r-riżultati tal-ewwel dimostrazzjoni sperimentali ta 'netwerk newrali fotoniku integrat. 

Fl-arkitettura tal-kompjuters ta '"xandir u piż", in-"nodes" huma assenjati "wavelength carrier" uniku li huwa "wavelength division multiplexed (WDM)" u mbagħad imxandar lil "nodes" oħra. Il-"nodi" f'din l-arkitettura huma maħsuba biex jissimulaw l-imġieba tan-newroni fil-moħħ tal-bniedem. Imbagħad is-sinjali "WDM" huma pproċessati permezz ta 'filtri ta' valur kontinwu msejħa "bankijiet tal-piż mikroring (MRR)" u mbagħad jinġabru elettrikament f'valur ta 'skoperta ta' qawwa totali mkejjel. In-non-linearità ta 'din l-aħħar trasformazzjoni/komputazzjoni elettro-ottika hija preċiżament in-non-linearità meħtieġa biex timita l-funzjonalità tan-newron, essenzjali għall-kompjuters taħt prinċipji newromorfiċi. 

Fid-dokument, jiddiskutu li dawn id-dinamiċi ta 'trasformazzjoni elettro-ottika vverifikati b'mod sperimentali huma matematikament identiċi għal mudell ta' "netwerk newrali rikorrenti ta 'ħin kontinwu ta' 2 nodi" (CTRNN). Dawn ir-riżultati pijunier jissuġġerixxu li għodod ta 'programmazzjoni li ntużaw għal mudelli CTRNN jistgħu jiġu applikati għal pjattaformi newromorfiċi bbażati fuq is-silikon. Din l-iskoperta tiftaħ it-triq għall-adattament tal-metodoloġija CTRNN għall-fotonika tas-silikon newromorfiku. Fid-dokument tagħhom, huma jagħmlu biss tali adattament tal-mudell fuq l-arkitettura ta '"xandir u piż" tagħhom. Ir-riżultati juru li l-mudell CTRNN simulat fuq l-arkitettura ta '49 node tagħhom jagħti l-arkitettura tal-kompjuters newromorfika biex taqbeż il-mudelli tal-kompjuters klassiċi bi 3 ordnijiet ta' kobor.