Вычислительное оборудование будущего нуждается в новой теоретической базе
Во всём мире идёт поиск новых материалов для создания микрочипов, основанных не на классических транзисторах, а на более энергосберегающих компонентах, подобных веществам, из которых состоит наш мозг. Проблема заключается в том, что если для классических транзисторных цифровых компьютеров уже существует твердая теоретическая база, то для создания компьютеров, подобных мозгу, руководств всё ещё нет.
Компьютеры до сих пор опирались на стабильные переключатели, которые могут быть только во включенном или выключенном состоянии. На протяжении десятилетий технологии шли вперед благодаря постоянному уменьшению размеров транзисторов, но теперь этот процесс приближается к физическому пределу. Вот почему ученые ищут новые материалы для создания более универсальных переключателей, которые могли бы использовать больше значений, чем просто цифровые 0 или 1.
Гереберт Йегер — исследователь из Центра когнитивных систем и материалов Гронингена (CogniGron), цель которого — разработка нейроморфных компьютеров. CogniGron объединяет ученых, занимающихся экспериментальными материалами, и специалистов по теоретическому моделированию из таких разных областей, как математика, информатика и искусственный интеллект.

Общая теория физических вычислительных систем будет включать существующие теории как частные случаи.
Сотрудничество с материаловедами позволило Йегеру лучше понять проблемы, с которыми они сталкиваются при попытке создать новые вычислительные материалы. Однако исследователям пришлось прийти к неутешительным выводам: на данный момент не существует устоявшейся теории, помогающей использовать нецифровые физические эффекты в вычислительных системах.
Наш мозг не является логической системой. Мы можем рассуждать логически, но это только малая часть того, что представляет собой деятельность мозга. Большую часть времени ему приходится решать, как поднять руку к чашке или поздороваться с коллегой, проходящим по коридору.
— Гереберт Йегер, исследователь Университета Гронингена.
В статье, опубликованной в Nature Communications, Йегер и его коллеги представляют набросок того, как могла бы выглядеть теория для нецифровых компьютеров. Они предполагают, что вместо стабильных переключателей 0/1 теория должна работать с непрерывными, аналоговыми сигналами. Она также должна учитывать множество нестандартных наноразмерных физических эффектов, которые исследуют материаловеды.
Еще один важный вывод, сделанный при сотрудничестве с материаловедами, заключается в том, что устройства из новых материалов будет гораздо сложнее создавать, в отличие от цифровых компьютеров. Наш мозг состоит из нейронов, каждый из которых уникален, а значит невозможно будет спроектировать один элемент и копировать его для всей системы. Помимо прочего, подобные устройства часто хрупкие и чувствительные к температуре, и теория нейроморфного вычисления должна будет учитывать эти характеристики.
Из-за того что проблемы, возникающие при проектировании нецифровых компьютеров, находятся в разных научных областях, исследователи пришли к выводу, что теория, лежащая в основе нейроморфного вычисления, не будет единственной теорией, а будет состоять из многих подтеорий. Создание такого теоретического описания нейроморфных компьютеров потребует тесного сотрудничества экспериментальных материаловедов и формальных теоретических моделировщиков.
Компьютеры до сих пор опирались на стабильные переключатели, которые могут быть только во включенном или выключенном состоянии. На протяжении десятилетий технологии шли вперед благодаря постоянному уменьшению размеров транзисторов, но теперь этот процесс приближается к физическому пределу. Вот почему ученые ищут новые материалы для создания более универсальных переключателей, которые могли бы использовать больше значений, чем просто цифровые 0 или 1.
Гереберт Йегер — исследователь из Центра когнитивных систем и материалов Гронингена (CogniGron), цель которого — разработка нейроморфных компьютеров. CogniGron объединяет ученых, занимающихся экспериментальными материалами, и специалистов по теоретическому моделированию из таких разных областей, как математика, информатика и искусственный интеллект.
Общая теория физических вычислительных систем будет включать существующие теории как частные случаи.
Сотрудничество с материаловедами позволило Йегеру лучше понять проблемы, с которыми они сталкиваются при попытке создать новые вычислительные материалы. Однако исследователям пришлось прийти к неутешительным выводам: на данный момент не существует устоявшейся теории, помогающей использовать нецифровые физические эффекты в вычислительных системах.
Нелогичный мозг
Наш мозг не является логической системой. Мы можем рассуждать логически, но это только малая часть того, что представляет собой деятельность мозга. Большую часть времени ему приходится решать, как поднять руку к чашке или поздороваться с коллегой, проходящим по коридору.
Большая часть обработки информации, которую выполняет наш мозг, не является логической, она непрерывна и динамична. Трудно формализовать это в цифровом компьютере. Кроме того, наши мозги продолжают работать несмотря на колебания кровяного давления, внешней температуры или гормонального баланса. Как можно создать такой же универсальный и надежный компьютер? Сам факт нашего существования доказывает, что это возможно
— Гереберт Йегер, исследователь Университета Гронингена.
В статье, опубликованной в Nature Communications, Йегер и его коллеги представляют набросок того, как могла бы выглядеть теория для нецифровых компьютеров. Они предполагают, что вместо стабильных переключателей 0/1 теория должна работать с непрерывными, аналоговыми сигналами. Она также должна учитывать множество нестандартных наноразмерных физических эффектов, которые исследуют материаловеды.
Неповторимость и чувствительность
Еще один важный вывод, сделанный при сотрудничестве с материаловедами, заключается в том, что устройства из новых материалов будет гораздо сложнее создавать, в отличие от цифровых компьютеров. Наш мозг состоит из нейронов, каждый из которых уникален, а значит невозможно будет спроектировать один элемент и копировать его для всей системы. Помимо прочего, подобные устройства часто хрупкие и чувствительные к температуре, и теория нейроморфного вычисления должна будет учитывать эти характеристики.
Из-за того что проблемы, возникающие при проектировании нецифровых компьютеров, находятся в разных научных областях, исследователи пришли к выводу, что теория, лежащая в основе нейроморфного вычисления, не будет единственной теорией, а будет состоять из многих подтеорий. Создание такого теоретического описания нейроморфных компьютеров потребует тесного сотрудничества экспериментальных материаловедов и формальных теоретических моделировщиков.
- Алексей Павлов
- University of Groningen
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...