12. tammikuuta 2024
(Nanowerkin kohdevalo) Kun digitaaliset laitteemme käsittelevät yhä monimutkaisempia laskelmia, tutkijat ovat etsineet fysiikasta inspiraatiota uusien tietojenkäsittelyparadigmojen luomiseen. Sen sijaan, että siirrettäisiin sähköisiä signaaleja piin poikki, kuten tavanomaiset prosessorit, kiehtova lähestymistapa koodaa tietoa sähkömagneettisissa tai akustisissa aalloissa, jotka etenevät avaruudessa. Nämä aaltopohjaiset tietokoneet voivat ratkaista ongelmia uskomattomilla nopeuksilla - teoriassa jopa itse valonnopeuteen. Tällainen äärimmäinen nopeus johtuu siitä, että tietojen käsittely tapahtuu luonnostaan aaltoväliaineessa tahallisten häiriökuvioiden kautta. Ei ole peräkkäisiä logiikkaportteja, jotka hidastavat suorituskykyä kuten digitaalisissa piireissä. Aaltomuodot sisältävät sekä amplitudi- että vaihedataa, mikä rikastuttaa informaatiokapasiteettia verrattuna yksinkertaisiin on-off-binäärinumeroihin. Ja tarvitsematta toistuvia analogia-digitaalimuunnoksia, aaltotietokoneet välttävät suuren pullonkaulan, joka rajoittaa perinteisten laskenta-arkkitehtuurien kehitystä. Asiantuntijat ovat pyrkineet rakentamaan käytännöllisiä aaltopohjaisia järjestelmiä jo vuosia, mutta monimutkaisuuteen, muokattavuuteen ja valmistettavuuteen liittyvät luontaiset haasteet ovat estäneet kehitystä. Käytännön aaltopohjaisten tietokoneiden toteuttaminen on osoittautunut erittäin vaikeaksi. Aikaisemmat konseptit vaativat monimutkaisia optimointialgoritmeja, jotka tuottivat valmistamattomia malleja. Vaihtoehtoiset konfiguroitaviin piiriryhmiin perustuvat lähestymistavat vaativat epäkäytännöllisen määrän vaiheensiirtimiä ja vahvistimia. Kaikki nämä asetukset olivat sovelluskohtaisia, ja niistä puuttui joustavuus laajaan ongelmanratkaisuun. Nyt Kiinan Kaakkoisyliopiston tutkijat ovat saavuttaneet suuren läpimurron käyttämällä metapinnat – keskeinen fotonitekniikka, joka lupaa vallankumouksellisen sähkömagneettisten aaltojen hallinnan. Heidän uraauurtava metasurface-tietokoneensa suorittaa tehokkaasti nopeita analogisia matriisilaskelmia, jotka lamauttaisivat paljon nopeammat digitaaliset supertietokoneet.
Kaavio metapintapohjaisesta CME-ratkaisijasta, joka koostuu 2N-porttisesta siirtoverkosta ja N:stä identtisestä 4-porttisesta kytkimestä. (Uudelleenpainotettu Wiley-VCH Verlagin luvalla) (klikkaa kuvaa suurentaaksesi) Tiimi raportoi havainnoistaan Kehittyneet toiminnalliset materiaalit ("Monimutkainen matriisiyhtälön ratkaisija, joka perustuu laskennalliseen metapintaan").
Matriisiyhtälöt ovat näkyvästi esillä tieteessä ja tekniikassa, ja ne mallintavat kaikkea koneoppimisoptimoijista rakennemekaniikan simulaatioihin. Niiden ratkaiseminen digitaalisesti vaatii huomattavaa laskentatehoa, mikä motivoi intensiivistä kiinnostusta analogisiin aaltopohjaisiin arkkitehtuureihin.
Uuden metasurface-ratkaisijan ydin piilee sen laskennallisessa sähkömagneettisessa pinnassa, joka koostuu 1,176 XNUMX herkästi viritetystä elementistä, jotka muokkaavat tulevien aaltojen amplitudia ja vaihetta. Tämä uudelleenohjelmoitava nanofotoninen väline muuntaa aktiivisesti tulosignaalit halutuiksi lähtötiedoiksi ja upottaa fyysisesti matematiikan metapinnan sisään.
Ratkaisijaa varten monimutkaiset matriisiyhtälöt muunnetaan kahdeksi komponentiksi – kerroinmatriisiksi ja vakiovektoriksi. Nämä tiedot painavat sähkömagneettisia aaltoja, jotka tulevat kahteen tuloporttiin. Kun signaalit etenevät metapinnan alueen läpi, ne käyvät läpi monimutkaisia häiriölaskentoja hajaheijastusten kautta. Lopputulos näkyy lähtöporteissa, koodattuina lähteville aalloksi.
On huomattava, että tämä koko prosessi päättyy melkein välittömästi, kun aallot kulkevat lähellä valonnopeutta. Ei ole olemassa systemaattisia logiikkaporttiviiveitä, kuten digitaalisissa prosessoreissa. Metasurface-tietokone kuluttaa myös paljon vähemmän virtaa kuin vastaavat piitä, mikä vähentää käyttökustannuksia jyrkästi.
Ratkaisevaa on, että toimintaperiaate mahdollistaa mielivaltaisten kompleksisten matriisiyhtälöiden ratkaisemisen vain muuttamalla metapinnan rakennetta ja tulosignaaleja. Sama laitteistoalusta mukautuu siis erilaisiin ongelmiin ilman perustavanlaatuisia arkkitehtuurimuutoksia. Tämä ohjelmoitavuus antaa huomattavan monipuolisuuden, joka puuttuu aikaisemmista aaltotietokoneista, jotka vaativat mittatilaustyötä jopa matematiikan perustoimintoihin.
Koska yksittäisten metapinnan elementtien virittäminen on tähän mennessä osoittautunut vaikeaksi, nykyinen prototyyppi esittelee ei-uudelleenkonfiguroitavaa kiinteiden yhtälöiden ratkaisijaa. Nopea kehitys dynaamisessa metasurface-tekniikassa viittaa kuitenkin kohti täysin ohjelmistomääriteltyjä metasurface-tietokoneita, jotka tutkijat konfiguroivat uudelleen tarpeen mukaan. Paperi toteaa myös, että korkeammilla taajuuksilla toimiminen pienentäisi kokonaiskokoa, mikä mahdollistaisi suurempien metapintojen ratkaisemisen isompien matriisilaskelmien suorittamisessa.
Lisäksi metapintojen skaalautuva tasogeometria tekee arkkitehtuurin laajentamisesta kannattavampaa kuin aiemmat 3D-metamateriaalirakenteet, joita yritettiin aaltolaskentaan. Jos tällaiset nopeat, uudelleen konfiguroitavat metapinnan matriisiratkaisijat kehitetään vahvasti, ne voisivat merkittävästi muuttaa sektoreita, jotka tarvitsevat raskasta numeerista analyysiä sääennusteesta optimointitutkimukseen.
Uraauurtava metasurface-ratkaisin muodostaa kauan odotetun sillan reaaliaikaisen aaltolaskennan ja käytännön ohjelmoitavuuden välille. Vaikka alkuperäinen prototyyppi käsittelee rajoitetun matriisin koon 5 x 5, useampi elementti voisi luetella suurempia ulottuvuuksia. Itse asiassa metapintojen skaalautuva tasogeometria tekee suurten ongelmien ratkaisemisesta elinkelpoisempaa kuin aiemmin yritetyt isot 3D-metamateriaalirakenteet.
Tutkijat validoivat suunnittelunsa kattavasti simulaatioiden ja mittausten avulla ja ratkaisivat tarkasti useita testimatriisiyhtälöitä. Neljässä simulaatiotestitapauksessa metatietokone tuotti ratkaisuja kohtuullisen alhaisilla virhetasoilla, keskimäärin 21 %. Valmistetulla prototyypillä tehdyt kokeet vahvistivat edelleen arkkitehtuurin soveltuvuuden 3 × 3 -matriisiin laskemalla menestyksekkäästi ratkaisuja kahdeksaan eri matriisiongelmaan. Kvantitatiivisesti nämä mitatut ratkaisut osoittivat keskimäärin alle 25 %:n virheen – samalla tasolla kuin kilpailevien elektronisten analogisten laskentajärjestelmien alkuperäiset vertailuarvot. Hallitsevat virheet johtuivat nanovalmistuksen toleransseista ja tulostietojen tarkan lukemisen haasteista.
Molempien tekijöiden pitäisi parantua huomattavasti hyödyntämällä huippuluokan mikronanovalmistuslaitteita ja erittäin tarkkoja metrologisia laitteita. Lisätarkennuksilla metasurface-tietokoneet voivat ylittää digitaaliset tekniikat erikoistehtävissä, jotka vaativat äärimmäisiä nopeuksia.
Lisätarkennuksilla metasurface-tietokoneet voivat ylittää digitaaliset prosessorit erikoistehtävissä, jotka vaativat äärimmäisiä nopeuksia, kuten tutkakuvausta, tieteellistä mallintamista ja data-analytiikkaa. Mielenkiintoista on, että niiden korkea hyötysuhde voi sopia myös pienitehoisiin reunalaskentasovelluksiin. Läpimurtotyö luo elintärkeän perustan metapinnan laskennalle poistamalla aikaisempia monimutkaisuuden, muokattavuuden ja fyysisen toteutettavuuden pullonkauloja.
– Michael on kirjoittanut kolme Royal Society of Chemistryn kirjaa:
Nano-yhteiskunta: Teknologian rajojen siirtäminen,
Nanoteknologia: Tulevaisuus on pienija
Nano-tekniikka: Osaamisen ja työkalujen tekeminen tekniikasta näkymättömäksi
Copyright ©
Nanowerk LLC
Ryhdy Spotlight-vieraskirjailijaksi! Liity laajaan ja kasvavaan ryhmäämme vierailevat avustajat. Oletko juuri julkaissut tieteellisen artikkelin vai onko sinulla muuta mielenkiintoista kehitystä nanoteknologiayhteisön kanssa? Näin julkaistaan nanowerk.com-sivustossa.
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64403.php
- :on
- :On
- $ YLÖS
- 1
- 10
- 12
- 31
- 32
- 3d
- 7
- 8
- 9
- a
- tarkasti
- saavutettu
- akustinen
- poikki
- aktiivisesti
- mukautuu
- Lisäksi
- algoritmit
- Kaikki
- mahdollistaa
- melkein
- Myös
- an
- analyysi
- Analytics
- ja
- sovellukset
- lähestymistapa
- lähestymistavat
- arkkitehtuuri
- OVAT
- noin
- AS
- At
- yritettiin
- kirjoittaja
- keskimäärin
- keskimäärin
- välttää
- perustua
- perustiedot
- koska
- alle
- Viitearvot
- Berger
- tilaustyönä
- välillä
- suurempi
- tyhjä
- Kirjat
- sekä
- pullonkauloja
- rajat
- läpimurto
- SILTA
- laaja
- rakentaa
- mutta
- by
- CAN
- Koko
- tapauksissa
- keskus
- haasteet
- Muutokset
- kemia
- Kiina
- napsauttaa
- CM-laajennus
- yhteisö
- verrattuna
- kilpailevien
- monimutkainen
- monimutkaisuus
- osat
- kokoonpanossa
- joka käsittää
- laskennallinen
- laskelmat
- tietokone
- tietokoneet
- tietojenkäsittely
- laskentateho
- käsitteet
- vakio
- sisältää
- ohjaus
- tavanomainen
- tuloksia
- muunnetaan
- kustannukset
- voisi
- rampa
- ratkaisevasti
- ydin
- Nykyinen
- tiedot
- Data Analytics
- tietojenkäsittely
- Päivämäärä
- viiveet
- vaati
- vaatii
- osoittaa
- Malli
- mallit
- haluttu
- kehitetty
- kehitys
- Laitteet
- vaikea
- digitaalinen
- digitaalisesti
- numeroa
- mitat
- selvä
- useat
- hallitseva
- alas
- dynaaminen
- reuna
- reunan tietojenkäsittely
- tehokkaasti
- hyötysuhteet
- kahdeksan
- Elektroninen
- elementtejä
- upottamisen
- syntyy
- mahdollistaa
- koodattu
- Tekniikka
- suurentaa
- valtavasti
- rikastuttava
- kirjoittamalla
- Koko
- yhtälöt
- laitteet
- ekvivalenttia
- virhe
- virheet
- laatii
- Jopa
- kaikki
- evoluutio
- jännittävä
- laajenee
- kokeiluja
- asiantuntijat
- äärimmäinen
- laitteet
- tosiasia
- tekijät
- paljon
- nopeampi
- toteutettavuus
- Ominaisuus
- lopullinen
- tulokset
- kiinteä
- Joustavuus
- joustava
- varten
- Perustukset
- neljä
- alkaen
- täysin
- toiminnallinen
- perus-
- edelleen
- tulevaisuutta
- portti
- Gates
- geometria
- saada
- gif
- avustukset
- ruudukko
- Ryhmä
- Kasvava
- vieras
- kahva
- Vetimet
- tapahtuu
- Palvelimet
- Olla
- raskas
- Korkea
- korkeampi
- Miten
- Miten
- Kuitenkin
- HTTPS
- identtinen
- if
- kuva
- Imaging
- parantaa
- in
- tapaus
- yhä useammin
- uskomaton
- henkilökohtainen
- tiedot
- luontainen
- ensimmäinen
- panos
- sisällä
- Inspiraatio
- välittömästi
- korko
- häiriö
- tulee
- monimutkainen
- kiehtova
- itsessään
- SEN
- itse
- yhdistää
- jpg
- vain
- avain
- puuttuva
- suuri
- suurempi
- Lays
- oppiminen
- vähemmän
- vipuvaikutuksen
- piilee
- valo
- pitää
- rajallinen
- logiikka
- logo
- kauan odotettu
- Katsoin
- Matala
- kone
- koneoppiminen
- merkittävä
- TEE
- Tekeminen
- matematiikka
- Matriisi
- Saattaa..
- mitattu
- mitat
- mekaniikka
- keskikokoinen
- metrologian
- Michael
- Keskimmäinen
- mallintaminen
- muokata
- lisää
- paljon
- nimi
- nanoteknologian
- Lähellä
- tarvitaan
- tarvitsevat
- verkko
- Uusi
- Nro
- Huomautuksia
- nyt
- numerot
- of
- on
- Tarpeen vaatiessa
- käyttää
- toiminta
- toiminta-
- Operations
- optimointi
- or
- Muut
- meidän
- ulostulo
- yli
- yleinen
- Paperi
- paradigmat
- kuviot
- suorituskyky
- suorittaa
- lupa
- vaihe
- PHP
- fyysinen
- fyysisesti
- Fysiikka
- uraauurtava
- foorumi
- Platon
- Platonin tietotieto
- PlatonData
- pistettä
- portit
- teho
- Käytännön
- tarkasti
- ennustus
- edellinen
- aiemmin
- periaate
- Aikaisempi
- Ongelma
- ongelmia
- prosessi
- käsittely
- prosessorit
- Edistyminen
- lupaava
- etenevä
- prototyyppi
- todistettu
- julkaista
- julkaistu
- kustantaja
- Työnnä
- tutka
- nopea
- Hinnat
- pikemminkin
- Lukeminen
- reaaliaikainen
- ymmärtämättä
- vähentää
- vähentämällä
- Ajatukset
- alue
- toistuva
- Raportit
- tutkimus
- Tutkijat
- johtua
- tulokset
- vallankumouksellinen
- kuninkaallinen
- s
- sama
- skaalautuva
- hajallaan
- järjestelmiä
- tiede
- tieteellinen
- tutkijat
- sektorit
- setup
- useat
- Jaa:
- shouldnt
- osoittivat
- signaalit
- merkittävä
- Pii
- Yksinkertainen
- simulointi
- Koko
- taitoja
- yhteiskunta
- Ratkaisumme
- SOLVE
- Ratkaisee
- Solving
- pyrittiin
- kaakko
- Tila
- erikoistunut
- nopeus
- nopeudet
- Valokeila
- huippu-
- stemmed
- rakenteellinen
- rakenteet
- merkittävä
- merkittävästi
- Onnistuneesti
- niin
- Puku
- supertietokoneet
- pinta
- ylittää
- järjestelmät
- puuttumalla
- tehtävät
- joukkue-
- tekniikat
- Elektroniikka
- testi
- kuin
- että
- -
- Tulevaisuus
- tiedot
- heidän
- Niitä
- Siellä.
- Nämä
- ne
- tätä
- kolmella
- Kautta
- Näin
- Otsikko
- että
- työkalut
- kohti
- perinteinen
- Muuttaa
- muunnoksia
- kauttakulku
- kaksi
- läpikäydä
- yliopisto
- Päivitykset
- URL
- käyttämällä
- validoitu
- Vaihteleva
- Nopeus
- todennettu
- monipuolisuus
- kautta
- kannattava
- elintärkeä
- Aalto
- aallot
- Sää
- olivat
- joka
- vaikka
- with
- sisällä
- ilman
- Referenssit
- olisi
- X
- vuotta
- tuotti
- tuottaen
- te
- Sinun
- zephyrnet