12. jaanuar 2024
(Nanowerki tähelepanu keskpunkt) Kuna meie digitaalseadmed saavad hakkama üha keerukamate arvutustega, on teadlased otsinud füüsikast inspiratsiooni uute andmetöötlusparadigmade osas. Selle asemel, et edastada elektrilisi signaale läbi räni nagu tavalised protsessorid, kodeerib intrigeeriv lähenemisviis teavet läbi kosmose levivate elektromagnetiliste või akustiliste lainete. Need lainepõhised arvutid suudavad probleeme lahendada uskumatul kiirusel – teoreetiliselt kuni valguse enda kiiruseni. Selline äärmuslik kiirus tuleneb sellest, et andmetöötlus toimub lainekeskkonnas tahtlike interferentsimustrite kaudu. Puuduvad kaskaadsed loogikaväravad, mis vähendaksid jõudlust nagu digitaalsetes ahelates. Lainekujud sisaldavad nii amplituudi- kui ka faasiandmeid, rikastades teabemahtu võrreldes lihtsate sisse-välja lülitatud kahendnumbritega. Ja ilma korduvate analoog-digitaalteisenduste vajaduseta väldivad lainearvutid suurt kitsaskohta, mis piirab traditsiooniliste andmetöötlusarhitektuuride arengut. Eksperdid on aastaid püüdnud luua praktilisi lainepõhiseid süsteeme, kuid keerukuse, kohandatavuse ja valmistatavusega seotud väljakutsed on edusamme takistanud. Praktiliste lainepõhiste arvutite realiseerimine on osutunud tohutult keeruliseks. Varasemad kontseptsioonid nõudsid keerulisi optimeerimisalgoritme, mis andsid mittetootmisvõimelised kujundused. Konfigureeritavatel ahelamassiividel põhinevad alternatiivsed lähenemisviisid vajasid ebapraktilist arvu faasinihuteid ja võimendeid. Kõik need seadistused olid rakendusespetsiifilised, neil puudus paindlikkus laiaulatuslikuks probleemide lahendamiseks. Nüüd on Hiina Kaguülikooli teadlased saavutanud suure läbimurde kasutades metapinnad – a key photonic technology promising revolutionary control over electromagnetic waves. Their pioneering metasurface computer effectively performs rapid analog matrix calculations that would cripple much faster digital supercomputers.
Metapinnapõhise CME-lahendaja skemaatiline diagramm, mis koosneb 2N-pordilisest ülekandevõrgust ja N-st identsest 4-pordilisest sidurist. (Kordustrükk Wiley-VCH Verlagi loal) (suurendamiseks klõpsake pildil) Meeskond teatab oma leidudest Täiustatud funktsionaalsed materjalid (“Complex Matrix Equation Solver Based on Computational Metasurface”).
Maatriksvõrrandid on teaduses ja inseneriteaduses silmapaistval kohal, modelleerides kõike alates masinõppe optimeerijatest kuni struktuurimehaanika simulatsioonideni. Nende digitaalne lahendamine nõuab märkimisväärset arvutusvõimsust, motiveerides suurt huvi analooglainepõhiste arhitektuuride vastu.
Uue metapinna lahendaja tuum seisneb selle arvutuslikus elektromagnetilises pinnas, mis koosneb 1,176 õrnalt häälestatud elemendist koosnevast võrgust, mis muudavad langevate lainete amplituudi ja faasi. See ümberprogrammeeritav nanofotooniline meedium muudab sisendsignaalid aktiivselt soovitud väljundandmeteks, manustades matemaatika füüsiliselt metapinna sisse.
Lahendaja kasutamiseks teisendatakse kompleksmaatriksvõrrandid kaheks komponendiks – koefitsientmaatriksiks ja konstantseks vektoriks. Need andmed avaldavad muljet elektromagnetlainetele, mis sisenevad kahte sisendporti. Kui signaalid levivad läbi metapinna piirkonna, läbivad nad hajutatud peegelduste kaudu keerukad häirete arvutused. Lõpptulemus ilmub väljundportides, mis on kodeeritud väljuvatele lainetele.
Märkimisväärne on see, et kogu see protsess lõpeb peaaegu silmapilkselt, kui lained liiguvad valguse kiiruse lähedal. Süstemaatilisi loogikavärava viivitusi nagu digitaalprotsessorites pole. Metasurface arvuti tarbib ka palju vähem energiat kui räni ekvivalendid, vähendades järsult tegevuskulusid.
Oluline on see, et tööpõhimõte võimaldab lahendada suvalisi keerulisi maatriksvõrrandeid lihtsalt metapinna disaini ja sisendsignaale muutes. Sama riistvaraplatvorm kohandub seega erinevate probleemidega ilma põhjapanevate arhitektuurimuutusteta. See programmeeritavus annab märkimisväärse mitmekülgsuse, mis puudub varasematel lainearvutitel, mis vajasid eritellimusel projekteerimist isegi põhiliste matemaatikatoimingute jaoks.
Kuna üksikute metapinna elementide häälestamine on seni osutunud keeruliseks, demonstreerib praegune prototüüp fikseeritud võrrandite jaoks mitte-ümberkonfigureeritavat lahendajat. Dünaamilise metapinna tehnoloogia kiire areng viitab aga täielikult tarkvaraga määratletud metapinnaga arvutitele, mida teadlased vajaduse korral ümber konfigureerivad. Dokumendis märgitakse ka, et kõrgematel sagedustel töötamine vähendaks üldist suurust, võimaldades suurematel metapindadel lahendada suuremaid maatriksiarvutusi.
Lisaks muudab metapindade skaleeritav tasapinnaline geomeetria arhitektuuri laiendamise elujõulisemaks kui varasemad 3D-metamaterjalide struktuurid, mida üritati lainearvutamiseks. Tugeva väljatöötamise korral võivad sellised kiired ümberkonfigureeritavad metapinnamaatriksi lahendajad märkimisväärselt muuta sektoreid, mis vajavad rasket numbrilist analüüsi ilmaennustusest kuni optimeerimisuuringuteni.
Teerajaja metapinna lahendaja loob kauaoodatud silla reaalajas lainearvutite ja praktilise programmeeritavuse vahel. Kuigi esialgne prototüüp käsitleb piiratud maatriksi suurust 5 x 5, võib rohkem elemente loetleda suuremate mõõtmetega. Tegelikult muudab metapindade skaleeritav tasapinnaline geomeetria suurte probleemide lahendamise elujõulisemaks kui varem proovitud mahukad 3D-metamaterjalistruktuurid.
Teadlased kinnitasid oma disaini põhjalikult simulatsioonide ja mõõtmiste abil, lahendades täpselt mitu testmaatriksvõrrandit. Nelja simulatsioonitesti puhul andis metaarvuti lahendusi suhteliselt madala veamääraga, keskmiselt 21%. The experiments on a fabricated prototype further verified the architecture’s feasibility for a 3×3 matrix, successfully computing solutions to eight distinct matrix problems. Quantitatively, these measured solutions showed below 25% error on average – on par with initial benchmarks of competing electronic analog computing schemes. Domineerivad vead tulenesid nanotootmise tolerantsidest ja väljundandmete täpsest lugemisest.
Mõlemad tegurid peaksid märkimisväärselt paranema, kasutades nüüdisaegseid mikro-nanotootmisseadmeid ja ülitäpse metroloogia seadmeid. Täiendava täiustamise korral suudavad metasurface-arvutid ületada digitaalseid tehnikaid spetsiaalsete ülesannete jaoks, mis nõuavad äärmuslikku kiirust.
Täiendava täiustamise korral võiksid metapinnaarvutid ületada digitaalseid protsessoreid eriülesannete jaoks, mis nõuavad äärmuslikku kiirust, nagu radaripildistamine, teaduslik modelleerimine ja andmeanalüüs. Huvitaval kombel võib nende kõrge kasutegur sobida ka väikese võimsusega servaarvutusrakendustega. Läbimurdeline töö loob olulise aluse metaspindade andmetöötlusele, lahendades varasemate näituste keerukuse, kohandatavuse ja füüsilise teostatavuse kitsaskohad.
– Michael on kolme Kuningliku Keemiaühingu raamatu autor:
Nanoühiskond: tehnoloogia piiride nihutamine,
Nanotehnoloogia: tulevik on väikeja
Nanotehnoloogia: oskused ja tööriistad, mis muudavad tehnoloogia nähtamatuks
Copyright ©
Nanowerk LLC
Hakka Spotlighti külalisautoriks! Liituge meie suure ja kasvava grupiga külaliskaastöölised. Kas olete äsja avaldanud teadusliku artikli või soovite nanotehnoloogia kogukonnaga jagada muid põnevaid arenguid? Siin on, kuidas avaldada saidil nanowerk.com.
- SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
- PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
- PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
- PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
- PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
- Allikas: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64403.php
- :on
- :on
- $ UP
- 1
- 10
- 12
- 31
- 32
- 3d
- 7
- 8
- 9
- a
- täpselt
- saavutada
- akustiline
- üle
- aktiivselt
- kohaneb
- Lisaks
- algoritme
- Materjal: BPA ja flataatide vaba plastik
- võimaldab
- peaaegu
- Ka
- an
- analüüs
- analytics
- ja
- rakendused
- lähenemine
- lähenemisviisid
- arhitektuur
- OLEME
- ümber
- AS
- At
- üritasin
- autor
- keskmine
- keskmiselt
- vältima
- põhineb
- põhiline
- sest
- alla
- kriteeriumid
- Shepherd
- eritellimusel
- vahel
- suurem
- tühi
- Raamatud
- mõlemad
- kitsaskohti
- piirid
- läbimurre
- BRIDGE
- lai
- ehitama
- kuid
- by
- CAN
- Võimsus
- juhtudel
- keskus
- väljakutseid
- Vaidluste lahendamine
- keemia
- Hiina
- klõps
- CM laiendus
- kogukond
- võrreldes
- võistlev
- keeruline
- keerukus
- komponendid
- koostatud
- koosnevad
- arvutuslik
- arvutused
- arvuti
- arvutid
- arvutustehnika
- arvutusvõimsus
- mõisted
- pidev
- sisaldama
- kontrollida
- tavaline
- konversioonid
- ümber
- kulud
- võiks
- invaliid
- otsustaval
- tuum
- Praegune
- andmed
- Andmete analüüs
- andmetöötlus
- kuupäev
- viivitusi
- nõudis
- nõudmisi
- näitab
- Disain
- disainilahendused
- soovitud
- arenenud
- arenguid
- seadmed
- raske
- digitaalne
- digitaalselt
- numbrit
- mõõdud
- eristatav
- mitu
- domineeriv
- alla
- dünaamiline
- serv
- servaarvutus
- tõhusalt
- kasutegur
- kaheksa
- Elektrooniline
- elemendid
- kinnistamine
- tekib
- võimaldades
- kodeeritud
- Inseneriteadus
- suurendada
- tohutult
- rikastav
- Sisse
- Kogu
- võrrandid
- seadmed
- ekvivalendid
- viga
- vead
- kehtestab
- Isegi
- kõik
- evolutsioon
- põnev
- laiendades
- katseid
- ekspertide
- äärmuslik
- rajatised
- asjaolu
- tegurid
- kaugele
- kiiremini
- teostatavus
- tunnusjoon
- lõplik
- järeldused
- fikseeritud
- Paindlikkus
- paindlik
- eest
- Sihtasutused
- neli
- Alates
- täielikult
- funktsionaalne
- põhiline
- edasi
- tulevik
- värav
- Gates
- geomeetria
- saama
- gif
- toetusi
- võre
- Grupp
- Kasvavad
- külaline
- käepide
- Varred
- juhtub
- riistvara
- Olema
- raske
- Suur
- rohkem
- Kuidas
- Kuidas
- aga
- HTTPS
- identiques
- if
- pilt
- Imaging
- parandama
- in
- juhtum
- üha rohkem
- uskumatu
- eraldi
- info
- omane
- esialgne
- sisend
- sees
- Inspiratsioon
- silmapilkselt
- huvi
- sekkumine
- sisse
- keerukas
- intrigeeriv
- olemuselt
- ITS
- ise
- liituma
- jpg
- lihtsalt
- Võti
- puuduvad
- suur
- suurem
- Keeled
- õppimine
- vähem
- võimendav
- peitub
- valgus
- nagu
- piiratud
- loogika
- logo
- kauaoodatud
- Vaatasin
- Madal
- masin
- masinõpe
- peamine
- TEEB
- Tegemine
- matemaatika
- maatriks
- mai..
- mõõdetud
- mõõdud
- mehaanika
- keskmine
- Metroloogia
- Michael
- Kesk-
- modelleerimine
- muutma
- rohkem
- palju
- nimi
- Nanotehnoloogia
- Lähedal
- vaja
- vajav
- võrk
- Uus
- ei
- märkused
- nüüd
- numbrid
- of
- on
- On-Demand
- töötama
- tegutsevad
- töökorras
- Operations
- optimeerimine
- or
- Muu
- meie
- väljund
- üle
- üldine
- Paber
- paradigmad
- mustrid
- jõudlus
- täidab
- luba
- faas
- PHP
- füüsiline
- Füüsiliselt
- Füüsika
- Pioneer
- inimesele
- Platon
- Platoni andmete intelligentsus
- PlatoData
- võrra
- sadamad
- võim
- Praktiline
- täpselt
- ennustus
- eelmine
- varem
- põhimõte
- Eelnev
- Probleem
- probleeme
- protsess
- töötlemine
- töötlejad
- Edu
- paljutõotav
- paljundamine
- prototüüp
- tõestatud
- avaldama
- avaldatud
- kirjastaja
- Lükkamine
- radar
- kiire
- Rates
- pigem
- Lugemine
- reaalajas
- realiseerimisel
- vähendama
- vähendamine
- Mõtteid
- piirkond
- korduv
- Aruanded
- teadustöö
- Teadlased
- kaasa
- Tulemused
- revolutsiooniline
- kuninglik
- s
- sama
- skaalautuvia
- laiali
- skeemid
- teadus
- teaduslik
- teadlased
- Sektorid
- seade
- mitu
- Jaga
- peaks
- näitas
- signaale
- märkimisväärne
- Räni
- lihtne
- simuleerimine
- SUURUS
- oskused
- Ühiskond
- Lahendused
- LAHENDAGE
- Lahendab
- Lahendamine
- otsisin
- kagus
- Ruum
- spetsialiseeritud
- kiirus
- kiirused
- prožektor
- modernne
- varrega
- struktuuriline
- struktuuride
- mahukas
- oluliselt
- Edukalt
- selline
- Kostüüm
- superarvutite
- Pind
- ületama
- süsteemid
- tegelemine
- ülesanded
- meeskond
- tehnikat
- Tehnoloogia
- test
- kui
- et
- .
- Tulevik
- teave
- oma
- Neile
- Seal.
- Need
- nad
- see
- kolm
- Läbi
- Seega
- Kapslid
- et
- töövahendid
- suunas
- traditsiooniline
- Muutma
- muudab
- transiit
- kaks
- läbima
- Ülikool
- Uudised
- URL
- kasutamine
- kinnitatud
- varieeruv
- VeloCity
- kinnitatud
- mitmekülgsus
- kaudu
- elujõuline
- tähtis
- Wave
- lained
- ilm
- olid
- mis
- kuigi
- koos
- jooksul
- ilma
- Töö
- oleks
- X
- aastat
- andis järele
- saagikus
- sa
- Sinu
- sephyrnet