211service.com
Fantastiškas grįžtamojo skaičiavimo pažadas
Kompiuterijos pasaulis yra pereinamasis laikotarpis. Kadangi skiedros tampa mažesnės ir greitesnės, jos išsklaido daugiau šilumos, o tai yra visiškai švaistoma energija.
Kai kuriais skaičiavimais, skirtumas tarp energijos kiekio, reikalingo skaičiavimui atlikti, ir kiekio, kurį iš tikrųjų sunaudoja šiandieniniai kompiuteriai, yra maždaug aštuonios eilės. Aišku, yra kur tobulėti.
Taigi ieškoma efektyvesnių skaičiavimo formų, o galimybių netrūksta.
Vienas iš išorinių bėgikų lenktynėse, siekiant perimti logikos pasaulį, yra grįžtamasis kompiuteris. Tuo informatikai reiškia skaičiavimą, kuris vyksta žingsniais, kurie yra grįžtami laiko atžvilgiu.
Taigi, jei loginiai vartai pakeičia įvestį X į išvestį Y, tada yra atvirkštinė operacija, kuri apverčia šį veiksmą. Svarbiausia, kad tai turi būti „vienas su vienu“ atvaizdavimas, o tai reiškia, kad tam tikra įvestis sukuria vieną unikalią išvestį.
Šie grįžtamumo reikalavimai nustato griežtus fizinių sistemų, galinčių atlikti tokį darbą, tipų apribojimus, jau nekalbant apie jų projektavimą ir gamybą. Įprasti kompiuterių lustai netinka – jų loginiai vartai nėra grįžtami ir jie taip pat kenčia nuo kitos problemos.
Kai įprasti loginiai vartai sukuria kelis išėjimus, kai kurie iš jų nenaudojami ir jiems generuoti reikalinga energija tiesiog prarandama. Tai vadinamos šiukšlių būsenomis. Šiukšlių kiekio sumažinimas yra vienas iš pagrindinių grįžtamosios logikos projektavimo ir sintezės tikslų, sako Himanshu Thapliyalas ir Nagarajanas Ranganathanas iš Pietų Floridos universiteto.
Šiandien jie siūlo naują būdą aptikti skaičiavimo klaidas ir teigia, kad jų metodas idealiai tinka grįžtamajam skaičiavimui ir, be to, natūraliai sumažina skaičiavimo sukuriamų šiukšlių skaičių.
Prieš pažvelgdami į jų požiūrį, greitai peržvelkime įprastą klaidų aptikimo metodą. Paprasčiausiai reikia atlikti skaičiavimus du kartus ir palyginti rezultatus. Jei jie yra vienodi, skaičiavimas laikomas be klaidų.
Šis metodas turi akivaizdų apribojimą, jei tiek pradinis skaičiavimas, tiek jo dubliavimas daro tą pačią klaidą.
Thapliyal ir Ranganathan turi skirtingą požiūrį į šią problemą. Jei grįžtamasis skaičiavimas sukuria išėjimų seriją, atvirkštinis šių išėjimų skaičiavimas turėtų atkurti pradines būsenas.
Taigi jų idėja yra atlikti atvirkštinį išvesties būsenų skaičiavimą ir, jei tai atkuria pradines būsenas, skaičiavimas yra be klaidų. Ir kadangi tai priklauso nuo grįžtamųjų loginių veiksmų, tai natūraliai sumažina šiukšlių būsenų, kurios susidaro tarp jų, kiekį.
Žinoma, yra vienas ar du įspėjimai. Pirma, niekam nepavyko sukurti tinkamai apverčiamų loginių vartų, todėl šis darbas yra visiškai teorinis.
Tačiau yra keletas skaičiavimo schemų, kurios gali veikti taip. Thapliyal ir Ranganathan ypač atkreipia dėmesį į besiformuojančią kvantinių ląstelių automatų technologiją ir parodo, kaip būtų galima pritaikyti jų metodą.
Šio požiūrio grožis yra tas, kad jis gali būti be išsklaidymo. Taigi jis ne tik sunaudotų daug mažiau energijos nei įprastas skaičiavimas, bet ir visai neturėtų prarasti energijos. Bent jau teoriškai.
Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad tai prieštarauja vienam iš kompiuterių mokslo pagrindų: Rolfo Landauerio principui, kad ištrynus šiek tiek informacijos, nedidelis energijos kiekis visada išsklaido šilumą. Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl įprasti traškučiai taip įkaista.
Tačiau šis principas neturi būti taikomas grįžtamajam skaičiavimui, nes jei neištrinami jokie bitai, energija neišsisklaido. Tiesą sakant, grįžtamojo skaičiavimo efektyvumo ribos nėra žinomos. Jei bus rastas visiškai grįžtamasis fizinis procesas, pernešantis ir apdorojantis bitus, tada skaičiavimas gali tapti be sklaidos.
Šiuo metu tai laukinė svajonė. Tačiau per ateinančius kelerius metus, kai kvantiniai procesai pradės vaidinti didesnį vaidmenį atliekant visų rūšių skaičiavimus, galime išgirsti daug daugiau apie grįžtamąjį skaičiavimą ir jo potencialą sumažinti kompiuteriams švaistomą energiją.
Nuoroda: arxiv.org/abs/1101.4222 : grįžtama logika pagrįsta lygiagrečių klaidų aptikimo metodika besikuriančioms nanograndinėms