Како функционишу оптички и квантни рачунари?

Реклама

Историја рачунара је пуна Флопс-а.

Тхе Аппле ИИИ имао је гадну навику да се сам куха у својој деформисаној љуски. Тхе Атари Јагуар, „иновативна“ играћа конзола која је имала лажне тврдње о свом перформансу, једноставно није могла да ухвати тржиште. Интелов водећи Пентијум чип дизајниран за рачуноводствене апликације високих перформанси потешкоће са децималним бројевима.

Али друга врста флопа која преовлађује у свету рачунара је ФЛОПС мерење, дуго поздрављано као прилично фер поређење између различитих машина, архитектура и система.

ФЛОПС је мера операција са плутајућом тачком у секунди. Једноставно речено, то је брзиномјер рачунарског система. И било је расте експоненцијално већ деценијама.

Па шта ако вам кажем да ћете за неколико година имати систем који стоји на вашем столу, телевизору или телефону који би обрисао под данашњим суперкомпјутерима? Невероватно? Ја сам луд? Погледајте историју пре него што пресудите.

Суперкомпјутер до Супермаркета

Недавно Интел и7 Хасвелл Па, колика је разлика између Интелових Хасвелл и Иви Бридге ЦПУ-а?

Тражите нови рачунар? Они који купују нови лаптоп или десктоп са рачунаром Интел морају да знају разлике између последње и последње генерације Интелових процесора. Опширније процесор може да ради око 177 милијарди ФЛОПС (ГФЛОПС), који је бржи од најбржег суперкомпјутера у САД-у 1994 Сандиа Натионал Лабс КСП / с140 са 3.680 рачунских језгара који раде заједно.

ПлаиСтатион 4 може да ради на око 1,8 трилијуна ФЛОПС-а захваљујући свом напредном моделу Микро архитектура ћелија, и ојачао би $ 55 милиона АСЦИ Ред суперкомпјутер који је 1998. године био на врху светске суперкомпјутерске лиге, скоро 15 година пре пуштања ПС4.

ИБМ-ове Ватсон АИ систем ИБМ представио револуционарни "Мозак на чипу"Најављен прошле недеље путем чланка у науци, „ТруеНортх“ је оно што је познато као „неуроморфни чип“ - а рачунарски чип дизајниран да имитира биолошке неуроне, за употребу у интелигентним рачунарским системима попут Ватсон. Опширније има (тренутно) максимални рад 80 ТФЛОПС, а то није ни близу тога да га уврстимо на Топ 500 листу данашњих суперрачунара, са Кинески Тианхе-2 водећи Топ 500 у претходне 3 узастопне прилике, са врхунским учинком 54,902 ТФЛОПС, или скоро 55 Пета-ФЛОПС.

Велико је питање где је следеће десктоп рачунаром величине рачунара Најновија рачунарска технологија у коју морате да верујетеПогледајте неке од најновијих рачунарских технологија које су постављене да трансформишу свет електронике и рачунара у наредних неколико година. Опширније долазиће? И што је још важније, када то добијамо?

Још једна опека у зиду

У новијој историји покретачке силе између ових импресивних брзина постигнуте су у науци о материјалима и архитектури; процеси израде мањих нанометара значе да чипови могу бити тањи, бржи и мање енергије испуштати у облику топлоте, што их чини јефтинијим за рад.

Такође, развојем мулти-цоре архитектуре током 2000-их, многи „процесори“ су сада прешани на један чип. Ова технологија, у комбинацији са повећањем зрелости дистрибуираних рачунарских система, где је много „Рачунари“ могу да раде као једна машина, што значи да је Топ 500 увек био у порасту, само о задржавању темпо са Моореов познати закон.

Међутим закони физике почињу да се спречавају на цео овај раст, Чак Интел је забринут због тога, а многи широм света трагају за следећим стварима.

... за отприлике десет година или тако ћемо видети урушавање Моореовог закона. У ствари, већ видимо успоравање Моореовог закона. Снага рачунара једноставно не може одржати свој експоненцијални успон користећи стандардну силицијумску технологију. - Др. Мицхио Каку – 2012

Основни проблем са тренутним дизајнерским дизајном је да су транзистори или укључени (1) или искључени (0). Сваки пут а транзисторска капија 'Окрет', мора да избаци одређену количину енергије у материјал од кога се праве капије да би тај 'преокрет' остао. Како су ове капије све мање и мање, однос између енергије за употребу транзистора и енергија за „окретање“ транзистора постаје све већа и већа, стварајући велико грејање и поузданост проблеми. Тренутни системи се приближавају - а у неким случајевима и прелазе - сировој густини топлине нуклеарних реактора, а материјали почињу да кваре своје пројектанте. Класично се ово назива 'Повер Валл'.

У последње време неки су почели другачије да размишљају о томе како извести корисне рачуне. Две компаније су посебно привукле нашу пажњу у погледу напредних облика квантног и оптичког рачунања. Канадски Д-Ваве системи и са седиштем у Великој Британији Опталисис, који обојица имају крајње различите приступе врло различитим групама проблема.

Време је за промену музике

Д-Ваве је у последње време доживео велику штампу, са својом супер охлађеном злослутном црном кутијом са изузетно циберпунк-унутрашњим шиљком, која садржи загонетни голи чип са тешко замисливим моћима.

У суштини, Д2 систем користи потпуно другачији приступ решавању проблема тако што ефикасно избацује правилник о узроцима и последицама. Па на које проблеме овај Гоогле / НАСА / Лоцкхеед Мартин подржава бехемотх циља?

Тхе Рамблинг Ман

Историјски, ако желите да решите НП-тврди или средњи проблем, где постоји изузетно велики број могућих решења која имају широк спектар потенцијала, користећи „вредности“ класични приступ једноставно не функционише. Узмимо за пример проблем Путничког продавца; с обзиром на Н-градове, пронађите најкраћи пут за посјету свим градовима једном. Важно је напоменути да је ТСП главни фактор у многим областима попут производње микрочипа, логистике, па чак и ДНК секвенцирања,

Али сви ови проблеми своде се на привидно једноставан процес; Изаберите тачку за почетак, генерирајте руту око Н 'ствари', измерите удаљеност и ако постоје руте која је краћа од ње, одбаците покушани пут и пређите на следећу док нема више рута проверавати.

Ово звучи лако, а за мале вредности јесте; за 3 града постоје 3 * 2 * 1 = 6 рута за проверу, а за 7 градова постоји 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 5040, што није лоше за рачунар. Ово је Факторски секвенце и може се изразити са "Н!", па је 5040 7 !.

Међутим, ако прођете само мало даље, до 10 градова које ћете посетити, морате да тестирате преко 3 милиона рута. До тренутка када стигнете до 100, треба пратити број рута које треба да проверите 9 157 цифара. Једини начин да се погледају ове функције је употреба логаритамског графикона, где оса и полази од 1 (10 ^ 0), 10 (10 ^ 1), 100 (10 ^ 2), 1000 (10 ^ 3) ) и тако даље.

Бројеви постају превелики да бисмо их могли разумно обрадити на било којој машини која данас постоји или може постојати користећи класичне рачунарске архитектуре. Али оно што ради Д-Ваве веома је различито.

Весувиус Емергес

Чип Весувиус у Д2 користи око 500 'кубитс'Или Квантни битови за извршавање ових израчунавања помоћу методе зване Квантно жарење. Уместо да мери сваку руту одједном, Везуви Кубити су постављени у стање суперпозиције (ни укључено ни искључено, радећи заједно као врста потенцијалног поља) и низ све сложенијих алгебричних описа решења (тј. серија од Хамилтониан описи решења, а не решења самог) примењују се на поље суперпозиције.

У ствари, систем истовремено тестира подобност сваког потенцијалног решења, попут лопте која „одлучује“ који ће се пут спустити низ брдо. Када се суперпозиција опушта у основно стање, то приземно стање кбита треба описати оптимално решење.

Многи су се питали колику предност даје Д-Ваве систем у односу на класични рачунар. У недавном тесту платформе наспрам типичног проблема Салеман Салеман, коме је за класични рачунар требало 30 минута, требало је само пола секунде на Везуву.

Међутим, да будемо јасни, ово никада неће бити систем на којем играте Доом. Неки коментатори то покушавају упоредите овај високо специјализовани систем са процесором опште намене. Било би вам боље да упоредите ан Охио-разред подморница са Ф35 Муња; било која метрика коју одаберете за једну је толико неприкладна за другу да је бескорисна.

Д-Ваве се брже креће за неколико реда величине ради специфичних проблема у поређењу са стандардним процесором и ФЛОПС процене се крећу од релативно импресивних 420 ГФЛОПС-а на фантастичних 1.5 Пета-ФЛОПС-а (стављајући га у Топ 10 листу супер-рачунара у 2013. години у време последњег јавног прототипа). Ако ништа друго, овај несразмјер истиче почетак краја ФЛОПС-а као универзално мерење када се примењује на специфичне проблематичне области.

Ово подручје рачунања усмјерено је на врло специфичан (и врло занимљив) скуп проблема. Забрињавајући, један од проблема у овој сфери је криптографија Како шифровати Гмаил, Оутлоок и другу ВебмаилРачуни е-поште садрже кључеве ваших личних података. Ево како шифровати Гмаил, Оутлоок.цом и друге налоге за пошту. Опширније - посебно криптографија јавног кључа.

Срећом, имплементација Д-Ваве-а изгледа усредсређена на алгоритме оптимизације, а Д-Ваве је донео неке дизајнерске одлуке (као што је хијерархијска пееринг структура на чипу) које назначите да не можете да користите Везув за решавање Кратки алгоритам, што би потенцијално могло тако лоше откључати Интернет то би учинило Роберта Редфорда поносним.

Ласер Матхс

Друга компанија на нашој листи је Опталисис. Ова компанија са седиштем у Великој Британији узима рачунарство и окреће јој главу користећи аналогни суперпозиција светлости за обављање одређених класа рачунања користећи природу саме светлости. Доњи видео приказује неке од позадина и основа система Опталисис, који је представио Проф. Хеинз Волфф.

То је помало махање руком, али у суштини, то је кутија која ће, надамо се, једног дана седети на вашем столу и пружити рачунарску подршку за симулације, ЦАД / ЦАМ и медицинско снимање (и можда, само можда, рачунар игре). Као и Везув, нема шансе да решење Опталисис извршава главне рачунске задатке, али то није оно што је намењено.

Корисни начин размишљања о овом стилу оптичке обраде је размишљати о њему као о физичкој јединици за графичку обраду (ГПУ). Модерн ГПУ Упознајте свој графички акцелератор са добрим детаљима помоћу ГПУ-З [Виндовс]ГПУ, или јединица за обраду графике, део је вашег рачунара који је задужен за руковање графиком. Другим речима, ако су игре подложне рачунару или не може да поднесе веома квалитетна подешавања, ... Опширније Користи паралелно мноштво многих процесора за стреаминг, изводећи исто рачунање на различитим подацима који долазе из различитих подручја меморије. Ова архитектура је настала као природни резултат начина на који се генерише компјутерска графика, али ова масовно паралелна архитектура користи се за све из чега високофреквентна трговина, до Вештачке неуронске мреже.

Опталсис узима сличне принципе и преводи их у физички медиј; подјела података постаје цијепање снопа, линеарна алгебра постаје квантна интерференција, Функције у стилу МапРедуце постају оптички филтрирање. И све ове функције раде у константном, ефективно тренутном времену.

Почетни прототип уређај користи 20Хз 500 × 500 елементну мрежу за обављање брзих Фоуриерових трансформација (у основи, „које се фреквенције појављују у овом улазном току?“) и испоручиле су еквивалент испод од 40 ГФЛОПС. Програмери циљају систем 340 ГФЛОПС од стране следеће године, који би с обзиром на процењену потрошњу електричне енергије био импресиван резултат.

Па где је моја црна кутија?

Тхе историја рачунара Кратка историја рачунара који су променили светМожете провести године дубоко улазећи у историју рачунара. Постоји на хиљаде изума, тона књига о њима - и то је пре него што почнете да упадате у показивање прста које се неизбежно појављује када ... Опширније показује нам да оно што је у почетку резервна лабораторија и владине агенције брзо улази у хардвер за потрошаче. Нажалост, историја рачунара још није морала да се бави ограничењима закона физике.

Лично, не мислим да ће Д-Ваве и Опталисис бити тачне технологије које имамо на нашим столовима за 5-10 година. Сматрајте да је први препознатљив "Паметни сат" откривен је 2000. године и пропао је несретно; али суштина технологије наставља се и данас. Исто тако, ова истраживања квантних и оптичких рачунских убрзивача вероватно ће завршити као фусноте у „следећој великој ствари“.

Наука о материјалима ближи се ближе биолошки рачунари, користећи ДНК сличне структуре за обављање математике. Нанотехнологија и „Програмирајућа материја“ приближава се тачки, а не обрађује 'податке', сам материјал ће садржавати, представљати и обрађивати информације.

Све у свему, то је храбар нови свет за рачунарског научника. Где мислите да све ово иде? Разговарајмо о томе у коментарима!

Кредити за фотографије:КЛ Интел Пентиум А80501 Константин Ланзет, Асци црвена - тфлоп4м америчка влада - Сандиа Натионал Лабораториес, ДВаве Д2 аутор Ванцоувер Сун, ДВаве 128цхип од Д-Ваве Системс, Инц., Проблем са продавцем путовања Аутор: Рандалл Мунрое (КСКЦД)