12 Ιανουαρίου 2024
(Προβολέας Nanowerk) Καθώς οι ψηφιακές συσκευές μας χειρίζονται όλο και πιο περίπλοκους υπολογισμούς, οι επιστήμονες έχουν στραφεί στη φυσική για έμπνευση σε νέα υπολογιστικά παραδείγματα. Αντί να μεταφέρει ηλεκτρικά σήματα σε πυρίτιο όπως οι συμβατικοί επεξεργαστές, μια ενδιαφέρουσα προσέγγιση κωδικοποιεί πληροφορίες σε ηλεκτρομαγνητικά ή ακουστικά κύματα που διαδίδονται στο διάστημα. Αυτοί οι υπολογιστές που βασίζονται σε κύματα μπορούν να λύσουν προβλήματα με απίστευτες ταχύτητες — θεωρητικά μέχρι την ταχύτητα του ίδιου του φωτός. Τέτοια ακραία ταχύτητα προκύπτει επειδή η επεξεργασία δεδομένων συμβαίνει εγγενώς εντός του μέσου κύματος μέσω σκόπιμων μοτίβων παρεμβολής. Δεν υπάρχουν διαδοχικές λογικές πύλες που μειώνουν την απόδοση όπως στα ψηφιακά κυκλώματα. Οι κυματομορφές περιέχουν δεδομένα πλάτους και φάσης, εμπλουτίζοντας τη χωρητικότητα πληροφοριών σε σύγκριση με απλά δυαδικά ψηφία ενεργοποίησης-απενεργοποίησης. Και χωρίς να χρειάζονται επαναλαμβανόμενες μετατροπές αναλογικού σε ψηφιακό, οι υπολογιστές κυμάτων αποφεύγουν μια σημαντική συμφόρηση που περιορίζει την εξέλιξη των παραδοσιακών αρχιτεκτονικών υπολογιστών. Οι ειδικοί προσπάθησαν να δημιουργήσουν πρακτικά συστήματα βασισμένα σε κύματα για χρόνια, αλλά οι εγγενείς προκλήσεις σχετικά με την πολυπλοκότητα, την προσαρμοστικότητα και τη δυνατότητα κατασκευής έχουν εμποδίσει την πρόοδο. Η πραγματοποίηση πρακτικών υπολογιστών που βασίζονται σε κύματα έχει αποδειχθεί εξαιρετικά δύσκολη. Οι προηγούμενες έννοιες απαιτούσαν πολύπλοκους αλγόριθμους βελτιστοποίησης που αποδίδουν μη κατασκευάσιμα σχέδια. Εναλλακτικές προσεγγίσεις που βασίζονται σε παραμετροποιήσιμες συστοιχίες κυκλωμάτων απαιτούσαν μη πρακτικούς αριθμούς μετατοπιστών φάσης και ενισχυτές. Όλες αυτές οι ρυθμίσεις ήταν συγκεκριμένες για την εφαρμογή, χωρίς ευελιξία για ευρεία επίλυση προβλημάτων. Τώρα, επιστήμονες από το Southeast University της Κίνας έχουν επιτύχει μια σημαντική ανακάλυψη χρησιμοποιώντας μετα-επιφάνειες – μια βασική φωτονική τεχνολογία που υπόσχεται επαναστατικό έλεγχο των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ο πρωτοποριακός μετα-επιφανειακός υπολογιστής τους εκτελεί αποτελεσματικά γρήγορους υπολογισμούς αναλογικών πινάκων που θα ακρωτηριάσουν πολύ ταχύτερους ψηφιακούς υπερυπολογιστές.
Σχηματικό διάγραμμα του λύτη CME που βασίζεται σε μετα-επιφάνεια, ο οποίος αποτελείται από ένα δίκτυο μετάδοσης 2Ν θυρών και Ν ταυτόσημους συζεύκτες 4 θυρών. (Ανατυπώθηκε με άδεια από την Wiley-VCH Verlag) (κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση) Η ομάδα αναφέρει τα ευρήματά της στο Προηγμένα λειτουργικά υλικά ("Επίλυση εξισώσεων σύνθετης μήτρας με βάση υπολογιστική μετα-επιφάνεια").
Οι εξισώσεις μήτρας παρουσιάζουν εξέχουσα θέση στην επιστήμη και τη μηχανική, μοντελοποιώντας τα πάντα, από βελτιστοποιητές μηχανικής μάθησης έως προσομοιώσεις δομικής μηχανικής. Η ψηφιακή επίλυσή τους απαιτεί σημαντική υπολογιστική ισχύ, παρακινώντας το έντονο ενδιαφέρον για αρχιτεκτονικές που βασίζονται σε αναλογικά κύματα.
Η ουσία του νέου λύτη μετα-επιφανειών έγκειται στην υπολογιστική ηλεκτρομαγνητική του επιφάνεια, που περιλαμβάνει ένα πλέγμα 1,176 ευαίσθητα συντονισμένων στοιχείων που τροποποιούν το πλάτος και τη φάση των προσπίπτων κυμάτων. Αυτό το επαναπρογραμματιζόμενο νανοφωτονικό μέσο μετατρέπει ενεργά τα σήματα εισόδου σε επιθυμητά δεδομένα εξόδου, ενσωματώνοντας φυσικά τα μαθηματικά μέσα στη μετα-επιφάνεια.
Για να λειτουργήσει ο λύτης, οι εξισώσεις μιγαδικών πινάκων μετατρέπονται σε δύο συνιστώσες – έναν πίνακα συντελεστών και ένα σταθερό διάνυσμα. Αυτά τα δεδομένα αποτυπώνονται σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εισέρχονται σε δύο θύρες εισόδου. Καθώς τα σήματα διαδίδονται στην περιοχή της μετα-επιφάνειας, υφίστανται περίπλοκους υπολογισμούς παρεμβολών μέσω διάσπαρτων ανακλάσεων. Το τελικό αποτέλεσμα εμφανίζεται στις θύρες εξόδου, κωδικοποιημένο σε εξερχόμενα κύματα.
Είναι αξιοσημείωτο ότι όλη αυτή η διαδικασία ολοκληρώνεται σχεδόν ακαριαία καθώς τα κύματα περνούν τη ρύθμιση κοντά στην ταχύτητα φωτός. Δεν υπάρχουν συστηματικές καθυστερήσεις λογικής πύλης όπως στους ψηφιακούς επεξεργαστές. Ο υπολογιστής metasurface καταναλώνει επίσης πολύ λιγότερη ενέργεια από τους ισοδύναμους πυριτίου, μειώνοντας σημαντικά το λειτουργικό κόστος.
Βασικά, η λειτουργική αρχή επιτρέπει την επίλυση αυθαίρετων σύνθετων εξισώσεων μήτρας απλώς μεταβάλλοντας τη σχεδίαση της μετα-επιφάνειας και τα σήματα εισόδου. Η ίδια πλατφόρμα υλικού προσαρμόζεται έτσι σε διάφορα προβλήματα χωρίς θεμελιώδεις αλλαγές στην αρχιτεκτονική. Αυτή η δυνατότητα προγραμματισμού παρέχει σημαντική ευελιξία που λείπει από υπολογιστές προηγούμενων κυμάτων που χρειάζονται ειδικά σχέδια ακόμη και για βασικές μαθηματικές πράξεις.
Επειδή ο συντονισμός μεμονωμένων στοιχείων μετα-επιφάνειας έχει αποδειχθεί δύσκολος μέχρι στιγμής, το τρέχον πρωτότυπο επιδεικνύει έναν μη επαναδιαμορφώσιμο λύτη για σταθερές εξισώσεις. Ωστόσο, η ταχεία πρόοδος στη δυναμική τεχνολογία metasurface δείχνει προς πλήρως καθορισμένους από λογισμικό υπολογιστές metasurface, τους οποίους οι ερευνητές αναδιαμορφώνουν κατ' απαίτηση. Το έγγραφο σημειώνει επίσης ότι η λειτουργία σε υψηλότερες συχνότητες θα μείωνε το συνολικό μέγεθος επιτρέποντας σε μεγαλύτερες μεταεπιφάνειες να επιλύουν υπολογισμούς μεγαλύτερου πίνακα.
Επιπλέον, η κλιμακούμενη επίπεδη γεωμετρία των μεταεπιφανειών καθιστά την επέκταση της αρχιτεκτονικής πιο βιώσιμη από τις προηγούμενες τρισδιάστατες δομές μεταϋλικών που επιχειρήθηκαν για υπολογισμούς κυμάτων. Εάν αναπτυχθούν εύρωστα, τέτοιοι γρήγοροι επαναδιαμορφώσιμοι επιλύτες μητρών μετα-επιφανειών θα μπορούσαν να μεταμορφώσουν σημαντικά τους τομείς που χρειάζονται βαριά αριθμητική ανάλυση από την πρόβλεψη καιρού στην έρευνα βελτιστοποίησης.
Ο πρωτοποριακός λύτης metasurface δημιουργεί μια πολυαναμενόμενη γέφυρα μεταξύ του υπολογισμού κυμάτων σε πραγματικό χρόνο και της πρακτικής δυνατότητας προγραμματισμού. Ενώ το αρχικό πρωτότυπο χειρίζεται ένα περιορισμένο μέγεθος μήτρας 5 x 5, περισσότερα στοιχεία θα μπορούσαν να απαριθμήσουν μεγαλύτερες διαστάσεις. Στην πραγματικότητα, η κλιμακούμενη επίπεδη γεωμετρία των μεταεπιφανειών καθιστά βιώσιμη την επίλυση μεγάλων προβλημάτων πιο ξεκάθαρα από τις ογκώδεις τρισδιάστατες δομές μεταϋλικού που επιχειρήθηκαν προηγουμένως.
Οι ερευνητές επικύρωσαν πλήρως τον σχεδιασμό τους μέσω προσομοιώσεων και μετρήσεων, λύνοντας με ακρίβεια πολλές εξισώσεις μήτρας δοκιμής. Σε τέσσερις περιπτώσεις δοκιμών προσομοίωσης, ο μετα-υπολογιστής έδωσε λύσεις με λογικά χαμηλά ποσοστά σφάλματος κατά μέσο όρο 21%. Τα πειράματα σε ένα κατασκευασμένο πρωτότυπο επαλήθευσαν περαιτέρω τη σκοπιμότητα της αρχιτεκτονικής για έναν πίνακα 3×3, υπολογίζοντας με επιτυχία λύσεις σε οκτώ διαφορετικά προβλήματα μήτρας. Ποσοτικά, αυτές οι μετρούμενες λύσεις έδειξαν σφάλμα κάτω από 25% κατά μέσο όρο – στο ίδιο επίπεδο με τα αρχικά σημεία αναφοράς των ανταγωνιστικών συστημάτων ηλεκτρονικών αναλογικών υπολογιστών. Τα κυρίαρχα σφάλματα προήλθαν από τις ανοχές στη νανοκατασκευή και τις προκλήσεις στην ακριβή ανάγνωση των δεδομένων εξόδου.
Και οι δύο παράγοντες θα πρέπει να βελτιωθούν ουσιαστικά με την αξιοποίηση υπερσύγχρονων εγκαταστάσεων μικρο-νανοκατασκευής και μετρολογικού εξοπλισμού υψηλής ακρίβειας. Με περαιτέρω βελτίωση, οι υπολογιστές metasurface θα μπορούσαν να ξεπεράσουν τις ψηφιακές τεχνικές για εξειδικευμένες εργασίες που απαιτούν ακραίες ταχύτητες.
Με περαιτέρω βελτίωση, οι υπολογιστές metasurface θα μπορούσαν να ξεπεράσουν τους ψηφιακούς επεξεργαστές για εξειδικευμένες εργασίες που απαιτούν ακραίες ταχύτητες όπως η απεικόνιση ραντάρ, η επιστημονική μοντελοποίηση και η ανάλυση δεδομένων. Περιέργως, οι υψηλές αποδόσεις τους μπορεί επίσης να ταιριάζουν σε εφαρμογές υπολογιστών αιχμής χαμηλής κατανάλωσης. Η πρωτοποριακή εργασία θέτει ζωτικά θεμέλια για τον υπολογισμό μετα-επιφάνειας, αντιμετωπίζοντας προηγούμενα σημεία συμφόρησης στην πολυπλοκότητα, την προσαρμοστικότητα και τη φυσική πραγματοποίηση.
– Ο Michael είναι συγγραφέας τριών βιβλίων από τη Royal Society of Chemistry:
Νανο-κοινωνία: Προώθηση των ορίων της τεχνολογίας,
Νανοτεχνολογία: Το μέλλον είναι μικροσκοπικό, να
Νανομηχανική: Οι δεξιότητες και τα εργαλεία που καθιστούν την τεχνολογία αόρατη
Copyright ©
Nanowerk LLC
Γίνετε συγγραφέας προσκεκλημένων! Εγγραφείτε στη μεγάλη και αναπτυσσόμενη ομάδα μας συμμετέχοντες. Μόλις δημοσιεύσατε μια επιστημονική εργασία ή έχετε άλλες συναρπαστικές εξελίξεις για κοινή χρήση με την κοινότητα νανοτεχνολογίας; Δείτε πώς μπορείτε να δημοσιεύσετε στο nanowerk.com.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64403.php
- :έχει
- :είναι
- $UP
- 1
- 10
- 12
- 31
- 32
- 3d
- 7
- 8
- 9
- a
- με ακρίβεια
- επιτευχθεί
- ακουστική
- απέναντι
- δραστήρια
- προσαρμόζεται
- Επιπλέον
- αλγόριθμοι
- Όλα
- επιτρέπει
- σχεδόν
- Επίσης
- an
- ανάλυση
- analytics
- και
- εφαρμογές
- πλησιάζω
- προσεγγίσεις
- αρχιτεκτονική
- ΕΙΝΑΙ
- γύρω
- AS
- At
- προσπάθεια
- συγγραφέας
- μέσος
- κατά μέσο όρο
- αποφύγετε
- βασίζονται
- βασικός
- επειδή
- παρακάτω
- αναφοράς
- Berger
- προπαραγγελία
- μεταξύ
- μεγαλύτερος
- κενό
- Βιβλία
- και οι δύο
- σημεία συμφόρησης
- όρια
- επανάσταση
- ΓΕΦΥΡΑ
- ευρύς
- χτίζω
- αλλά
- by
- CAN
- Χωρητικότητα
- περιπτώσεις
- Κέντρο
- προκλήσεις
- Αλλαγές
- χημεία
- Κίνα
- κλικ
- Επέκταση CM
- κοινότητα
- σύγκριση
- ανταγωνίζονται
- συγκρότημα
- περίπλοκο
- εξαρτήματα
- συγκείμενο
- που περιλαμβάνει
- υπολογιστική
- υπολογισμοί
- υπολογιστή
- υπολογιστές
- χρήση υπολογιστή
- υπολογιστική ισχύ
- έννοιες
- σταθερός
- περιέχουν
- έλεγχος
- συμβατικός
- μετατροπές
- μετατρέπονται
- Δικαστικά έξοδα
- θα μπορούσε να
- σακατεύω
- κρίσιμα
- κόμπος
- Ρεύμα
- ημερομηνία
- Δεδομένα Analytics
- επεξεργασία δεδομένων
- Ημερομηνία
- καθυστερήσεις
- απαίτησε
- απαιτήσεις
- καταδεικνύει
- Υπηρεσίες
- σχέδια
- επιθυμητή
- αναπτύχθηκε
- εξελίξεις
- Συσκευές
- δύσκολος
- ψηφιακό
- ψηφιακά
- ψηφία
- Διαστάσεις
- διακριτή
- διάφορα
- κυρίαρχο
- κάτω
- δυναμικός
- άκρη
- άκρη υπολογιστών
- αποτελεσματικά
- αποτελεσματικότητας
- οκτώ
- Ηλεκτρονικός
- στοιχεία
- ενσωμάτωση
- αναδύεται
- ενεργοποίηση
- κωδικοποιούνται
- Μηχανική
- μεγέθυνση
- τεράστια
- εμπλουτισμός
- εισερχόμενοι
- Ολόκληρος
- εξισώσεις
- εξοπλισμός
- ισοδύναμα
- σφάλμα
- λάθη
- καθιερώνει
- Even
- πάντα
- εξέλιξη
- συναρπαστικός
- Επέκταση
- πειράματα
- εμπειρογνώμονες
- άκρο
- εγκαταστάσεις
- γεγονός
- παράγοντες
- μακριά
- γρηγορότερα
- σκοπιμότητα
- Χαρακτηριστικό
- τελικός
- ευρήματα
- καθορίζεται
- Ευελιξία
- εύκαμπτος
- Για
- Ιδρύματα
- τέσσερα
- από
- πλήρως
- λειτουργικός
- θεμελιώδης
- περαιτέρω
- μελλοντικός
- πύλη
- Πύλες
- γεωμετρία
- παίρνω
- gif
- επιχορηγήσεις
- Πλέγμα
- Group
- Μεγαλώνοντας
- Επισκέπτης
- λαβή
- Handles
- συμβαίνει
- υλικού
- Έχω
- βαριά
- Ψηλά
- υψηλότερο
- Πως
- Πώς να
- Ωστόσο
- HTTPS
- identiques
- if
- εικόνα
- Απεικόνιση
- βελτίωση
- in
- περιστατικό
- όλο και περισσότερο
- απίστευτη
- ατομικές
- πληροφορίες
- συμφυής
- αρχικός
- εισαγωγή
- μέσα
- Έμπνευση
- στιγμιαία
- τόκος
- παρέμβαση
- σε
- πολύπλοκος
- ενδιαφέρουσα
- εγγενώς
- ΤΟΥ
- εαυτό
- ενταχθούν
- jpg
- μόλις
- Κλειδί
- λείπει
- large
- μεγαλύτερος
- Λείπει
- μάθηση
- μείον
- μόχλευσης
- βρίσκεται
- φως
- Μου αρέσει
- Περιωρισμένος
- λογική
- λογότυπο
- πολυαναμενόμενο
- κοίταξε
- Χαμηλός
- μηχανή
- μάθηση μηχανής
- μεγάλες
- ΚΑΝΕΙ
- Κατασκευή
- μαθηματικά
- Μήτρα
- Ενδέχεται..
- μετράται
- μετρήσεις
- μηχανική
- medium
- Μετρολογία
- Μιχαήλ
- Μέσο
- μοντελοποίηση
- τροποποιήσει
- περισσότερο
- πολύ
- όνομα
- νανοτεχνολογία
- Κοντά
- που απαιτούνται
- χρειάζονται
- δίκτυο
- Νέα
- Όχι.
- Notes
- τώρα
- αριθμοί
- of
- on
- Κατα παραγγελια
- λειτουργούν
- λειτουργίας
- επιχειρήσεων
- λειτουργίες
- βελτιστοποίηση
- or
- ΑΛΛΑ
- δικός μας
- παραγωγή
- επί
- φόρμες
- Χαρτί
- παραδείγματα
- πρότυπα
- επίδοση
- εκτελεί
- άδεια
- φάση
- PHP
- φυσικός
- Φυσικώς
- Φυσική
- Πρωτοποριακή
- πλατφόρμες
- Πλάτων
- Πληροφορία δεδομένων Plato
- Πλάτωνα δεδομένα
- σημεία
- λιμένες
- δύναμη
- Πρακτικός
- ακριβώς
- πρόβλεψη
- προηγούμενος
- προηγουμένως
- αρχή
- Πριν
- Πρόβλημα
- προβλήματα
- διαδικασια μας
- μεταποίηση
- επεξεργαστές
- Πρόοδος
- υποσχόμενος
- πολλαπλασιασμού
- πρωτότυπο
- αποδεδειγμένη
- δημοσιεύει
- δημοσιεύθηκε
- εκδότης
- Δραστήριος
- ραντάρ
- γρήγορα
- Τιμές
- μάλλον
- Ανάγνωση
- σε πραγματικό χρόνο
- συνειδητοποιώντας
- μείωση
- μείωση
- Σκέψεις και Απολογισμός
- περιοχή
- επανειλημμένες
- Εκθέσεις
- έρευνα
- ερευνητές
- αποτέλεσμα
- Αποτελέσματα
- επαναστατικός
- βασιλικός
- s
- ίδιο
- επεκτάσιμη
- διεσπαρμένος
- συστήματα
- Επιστήμη
- επιστημονικός
- επιστήμονες
- Τομείς
- setup
- διάφοροι
- Κοινοποίηση
- θα πρέπει να
- έδειξε
- σήματα
- σημαντικός
- Πυρίτιο
- Απλούς
- προσομοίωση
- Μέγεθος
- δεξιότητες
- Κοινωνία
- Λύσεις
- SOLVE
- Λύει
- Επίλυση
- επιδιώξει
- νοτιοανατολικός άνεμος
- Χώρος
- ειδικευμένος
- ταχύτητα
- ταχύτητες
- Προβολέας θέατρου
- state-of-the-art
- προέκυψε
- κατασκευαστικός
- δομές
- ουσιώδης
- ουσιαστικά
- Επιτυχώς
- τέτοιος
- κοστούμι
- υπερυπολογιστές
- Επιφάνεια
- ξεπερνούν
- συστήματα
- εξάρτια
- εργασίες
- τεχνικές
- Τεχνολογία
- δοκιμή
- από
- ότι
- Η
- Το μέλλον
- οι πληροφορίες
- τους
- Τους
- Εκεί.
- Αυτοί
- αυτοί
- αυτό
- τρία
- Μέσω
- Ετσι
- Τίτλος
- προς την
- εργαλεία
- προς
- παραδοσιακός
- Μεταμορφώστε
- μετασχηματισμών
- διαμετακόμιση
- δύο
- υφίσταμαι
- πανεπιστήμιο
- ενημερώσεις
- URL
- χρησιμοποιώντας
- επικυρωμένο
- διαφέρων
- Ταχύτητα
- επαληθεύεται
- ευστροφία
- μέσω
- βιώσιμος
- ζωτικής σημασίας
- WAVE
- κύματα
- Weather
- ήταν
- Ποιό
- ενώ
- με
- εντός
- χωρίς
- Εργασία
- θα
- X
- χρόνια
- απέδωσε
- αποδίδοντας
- εσείς
- Σας
- zephyrnet