Ученые оценили будущее фотонных компьютеров с точки зрения последних технологических достижений — и оно выглядит весьма многообещающим
Современная цивилизация сильно зависима от информационных технологий, и с каждым годом людям требуются все более мощные компьютеры. Кажется, прогресс не стоит на месте — и производительность электроники только растет. Но, по мнению международной команды ученых, это лишь видимость: на самом деле, микроэлектроника приближается к тупику. Они видят выход из ситуации в фотонных компьютерах и проанализировали, насколько человечество продвинулось в области их разработки.
Новое исследование провели специалисты из Королевского университета в Кингстоне (Queen’s University, Канада), Принстонского университета (Princeton University, США), Вестфальского университета имени Вильгельма (University of Münster, Германия), Оксфордского университета (University of Oxford, Англия) и Университета Эксетера (University of Exeter, Англия). Результаты работы они опубликовали в рецензируемом журнале Nature Photonics.
Во вступлении к статье ученые отмечают, что вся современная электроника обладает коренным недостатком, проистекающим из самого принципа ее архитектуры. За крайне редким исключением компьютеры уже более 70 лет строятся по принципам архитектуры фон Неймана. То есть команды для обработки данных и сами данные совместно хранятся в памяти. Они представлены в одинаковом виде и отличаются лишь способом обращения к ним. У такого подхода есть невероятное множество проверенных временем достоинств, но и один существенный изъян.
Дело в том, что операции обращения к памяти — немного медленнее, чем операции обработки данных и выполнения вычислений. Этот недостаток обусловлен как принципами архитектуры, так и физическими ограничениями: сделать все ячейки памяти одинаково и одновременно доступными невозможно. Эта проблема получила название «узкое место архитектуры фон Неймана», или «фон-Неймановское бутылочное горлышко» (von Neumann bottleneck).
Всю историю развития компьютеров инженеры пытались сгладить эффект этого изъяна. У процессоров появился кэш и со временем стал многоуровневым, по-разному разделенным для отдельных блоков и типов данных. Даже притом что внутренняя память процессора намного быстрее оперативной, а та, в свою очередь, на порядок быстрее постоянных накопителей, глобально это лишь отодвинуло кризис, а не решило проблему. Более того, чрезмерно сложные механизмы работы с кэшем стали дополнительной головной болью для разработчиков и специалистов по кибербезопасности — стоит вспомнить только аппаратные уязвимости вроде Spectre и Meltdown.
Но есть и другое решение, радикально отличающееся от существующих на сегодня. В своем исследовании ученые проанализировали такое многообещающее направление работы, как фотонные компьютеры. В них роль переносчиков информации играют не электроны, а фотоны. По мнению специалистов, у таких систем есть все шансы стать будущим электроники. Правда, для этого придется полностью отойти от архитектуры фон Неймана и обратиться к природе, а точнее — к человеческому мозгу.
Исследователи предложили нейроморфную архитектуру фотонного процессора. Она интегрируется в существующие электронные схемы, но «под капотом» такого чипа — оптические вентили и запоминающие элементы. Они реализованы по принципу нейронов, то есть одновременно и хранят информацию, и обрабатывают ее. Подобный подход не только обещает более высокий потенциал для развития, но и позволяет на аппаратном уровне реализовать нейронную сеть. А это уже следующий скачок в прогрессе вычислительных систем. Достаточно посмотреть на то, какие впечатляющие результаты нейросетевые алгоритмы выдают на «обычных» компьютерах. Трудно даже представить, что произойдет, если из их работы будет устранена неоптимизированная фон-Неймановская логика.
Естественно, поскольку эта публикация не просто фантазии, пусть и достоверные, ее авторы потрудились аргументированно обосновать свои умозаключения. Среди прочего они обратили внимание на технологии, которые необходимо усовершенствовать или вовсе создать с нуля, чтобы такой компьютер мог эффективно работать. К сожалению, никаких прогнозов о том, когда стоит ждать подобные процессоры, в статье не содержится.
Telegram 
Дзен 
VK Генетики доказали, что неолитические общины Европы, строившие гигантские каменные сооружения, не были изолированными племенами. Масштабный анализ древних геномов показал, что носители разных археологических культур активно взаимодействовали, заключали браки и переезжали на сотни километров от дома. Исследование также подтвердило, что традиция возводить мегалиты передавалась от народа к народу как культурная идея, а не в результате массовой миграции.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
Больше половины студентов регулярно читают учебные тексты под музыку, хотя многие научные работы утверждают, что это вредит пониманию текста. Исследователи из Университета Эдит Коуэн выяснили, что эта привычка определяется не когнитивными способностями вроде силы внимания, а тем, насколько важную роль музыка играет в жизни конкретного человека.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Китайский аппарат Tianwen-1, находясь на орбите Марса, снял 3I/ATLAS с редкого ракурса вне плоскости орбиты межзвездной кометы. Наблюдение и моделирование показали, что кому кометы заполняют крупные частицы размером в сотни микрометров, выбрасываемые с массовым расходом примерно тонна в секунду.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Спустя два с половиной года после того, как подводный аппарат обнаружил на дне залива Аляска загадочный «золотой шар», ученым, наконец, удалось разобраться в природе этого объекта. Они пришли к выводу, что это отброшенная часть оболочки или основания гигантской глубоководной актинии.
Палеонтологи описали новый вид хищного клопа из мелового периода, передние лапы которого эволюционировали в клешни-пинцеты. Подобная анатомическая трансформация стала лишь четвертым задокументированным случаем за всю историю насекомых. Ископаемый вид получил название в честь корейской поп-группы Stray Kids из-за характерного положения застывших в смоле конечностей.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии