12. január 2024
(Nanowerk Spotlight) Mivel digitális eszközeink egyre bonyolultabb számításokat kezelnek, a tudósok a fizikától kerestek ihletet új számítási paradigmák kidolgozásához. Ahelyett, hogy elektromos jeleket a hagyományos processzorokhoz hasonlóan szilíciumon keresztül továbbítanának, egy érdekes megközelítés az űrben terjedő elektromágneses vagy akusztikus hullámokba kódolja az információkat. Ezek a hullámalapú számítógépek hihetetlen sebességgel képesek megoldani a problémákat – elméletileg egészen a fénysebességig. Az ilyen szélsőséges sebesség azért következik be, mert az adatfeldolgozás a hullámközegben, szándékos interferencia-mintázatokon keresztül történik. Nincsenek lépcsőzetes logikai kapuk, amelyek csökkentik a teljesítményt, mint a digitális áramkörökben. A hullámformák amplitúdó- és fázisadatokat is tartalmaznak, gazdagítva az információs kapacitást az egyszerű ki-be kapcsolt bináris számjegyekhez képest. És anélkül, hogy ismételt analóg-digitális átalakításra lenne szükség, a hullámszámítógépek elkerülik a hagyományos számítástechnikai architektúrák fejlődését korlátozó jelentős szűk keresztmetszetet. A szakértők évek óta törekedtek gyakorlati hullámalapú rendszerek kiépítésére, de a komplexitás, a testreszabhatóság és a gyárthatóság körüli kihívások gátolták a fejlődést. A gyakorlati hullámalapú számítógépek megvalósítása rendkívül nehéznek bizonyult. A korábbi koncepciók bonyolult optimalizálási algoritmusokat követeltek meg, amelyek legyárthatatlan terveket eredményeztek. A konfigurálható áramköri tömbökön alapuló alternatív megközelítésekhez nem praktikus számú fázisváltóra és erősítőkre volt szükség. Mindezek a beállítások alkalmazás-specifikusak voltak, és nem voltak rugalmasak a széles körű problémamegoldáshoz. Most a kínai Délkeleti Egyetem tudósai jelentős áttörést értek el a használatával metafelületek – kulcsfontosságú fotonikai technológia, amely az elektromágneses hullámok forradalmi szabályozását ígéri. Úttörő metafelületi számítógépük hatékonyan végez olyan gyors analóg mátrixszámításokat, amelyek megbénítanák a sokkal gyorsabb digitális szuperszámítógépeket.
A metafelület alapú CME megoldó sematikus diagramja, amely egy 2N portos átviteli hálózatból és N darab azonos 4 portos csatolóból áll. (Újranyomtatva a Wiley-VCH Verlag engedélyével) (kattintson a képre a nagyításhoz) A csapat beszámol az eredményekről Fejlett funkcionális anyagok („Komplex mátrixegyenletmegoldó számítási metafelület alapján”).
A mátrixegyenletek kiemelkedő szerepet töltenek be a tudományban és a mérnöki munkában, és mindent modelleznek a gépi tanulási optimalizálóktól a szerkezeti mechanikai szimulációkig. Digitális megoldásuk jelentős számítási teljesítményt igényel, ami felkelti az érdeklődést az analóg hullámalapú architektúrák iránt.
Az új metasurface-megoldó lényege a számítási elektromágneses felületében rejlik, amely 1,176 finoman hangolt elemből álló rácsot tartalmaz, amely módosítja a beeső hullámok amplitúdóját és fázisát. Ez az újraprogramozható nanofotonikus közeg aktívan alakítja át a bemeneti jeleket a kívánt kimeneti adatokká, fizikailag beágyazva a matematikát a metafelületbe.
A megoldó működtetéséhez a komplex mátrixegyenleteket két komponenssé alakítjuk át – egy együtthatómátrixra és egy konstans vektorra. Ezek az adatok benyomódnak a két bemeneti porton belépő elektromágneses hullámokra. Ahogy a jelek a metafelületi régión keresztül terjednek, bonyolult interferencia-számításokon mennek keresztül szórt visszaverődések révén. A végeredmény a kimeneti portokon jelenik meg, a kimenő hullámokra kódolva.
Figyelemreméltó, hogy ez az egész folyamat szinte azonnal véget ér, ahogy a hullámok fénysebességgel közelítik meg a beállítást. Nincsenek szisztematikus logikai kapukésések, mint a digitális processzoroknál. A metasurface számítógép sokkal kevesebb energiát fogyaszt, mint a szilícium megfelelői, ami jelentősen csökkenti a működési költségeket.
Lényeges, hogy a működési elv lehetővé teszi tetszőleges összetett mátrixegyenletek megoldását pusztán a metafelület kialakításának és a bemeneti jelek változtatásával. Ugyanaz a hardverplatform így alkalmazkodik a különféle problémákhoz alapvető architektúra változtatások nélkül. Ez a programozhatóság jelentős sokoldalúságot biztosít, amely hiányzik a korábbi hullámszámítógépekből, amelyek egyedi tervezést igényeltek még az alapvető matematikai műveletekhez is.
Mivel az egyes metafelületi elemek hangolása eddig nehéznek bizonyult, a jelenlegi prototípus egy nem újrakonfigurálható megoldót mutat be rögzített egyenletek számára. A dinamikus metasurface technológia gyors fejlődése azonban a teljesen szoftveresen definiált metasurface számítógépek felé mutat, amelyeket a kutatók igény szerint újrakonfigurálnak. A tanulmány azt is megjegyzi, hogy a magasabb frekvenciákon történő működés csökkentené a teljes méretet, ami lehetővé teszi a nagyobb metafelületek nagyobb mátrixszámítások megoldását.
Ezenkívül a metafelületek skálázható síkgeometriája életképesebbé teszi az architektúra kiterjesztését, mint a korábbi 3D metaanyag-struktúrák, amelyeket hullámszámítási kísérletek során próbáltak meg. Ha robusztus fejlesztésűek, az ilyen gyorsan újrakonfigurálható metafelületi mátrixmegoldók jelentősen átalakíthatják a nehéz numerikus elemzést igénylő szektorokat az időjárás-előrejelzéstől az optimalizálási kutatásig.
Az úttörő metasurface-megoldó egy régóta várt hidat hoz létre a valós idejű hullámszámítás és a gyakorlati programozhatóság között. Míg a kezdeti prototípus korlátozott, 5 x 5 méretű mátrixot kezel, több elem is fel tud sorolni nagyobb dimenziókat. Valójában a metafelületek méretezhető síkgeometriája egyszerűbbé teszi a nagy problémák megoldását, mint a korábban megkísérelt terjedelmes 3D metaanyag-struktúrák.
A kutatók szimulációkkal és mérésekkel átfogóan validálták tervüket, számos tesztmátrix egyenletet pontosan megoldva. Négy szimulációs tesztesetben a meta-számítógép viszonylag alacsony, átlagosan 21%-os hibaarányú megoldásokat adott. A legyártott prototípuson végzett kísérletek tovább igazolták az architektúra megvalósíthatóságát egy 3×3-as mátrix esetében, így nyolc különböző mátrixprobléma megoldását számolták ki. Mennyiségileg ezek a mért megoldások átlagosan 25% alatti hibát mutattak – ami megegyezik a versengő elektronikus analóg számítási sémák kezdeti referenciaértékeivel. A domináns hibák a nanogyártás toleranciáiból és a kimeneti adatok pontos leolvasásából adódnak.
Mindkét tényezőnek jelentősen javulnia kell a korszerű mikro-nanogyártási létesítmények és a nagy pontosságú metrológiai berendezések kihasználásával. A további finomításokkal a metasurface számítógépek felülmúlhatják a digitális technikákat az extrém sebességet igénylő speciális feladatoknál.
A további finomításokkal a metasurface számítógépek felülmúlhatják a digitális processzorokat olyan speciális feladatoknál, amelyek rendkívüli sebességet igényelnek, mint például a radarképalkotás, a tudományos modellezés és az adatelemzés. Érdekes módon nagy hatékonyságuk az alacsony fogyasztású peremszámítási alkalmazásokhoz is megfelelhet. Az áttörő munka létfontosságú alapokat fektet le a metasurface-számítástechnika számára azáltal, hogy megbirkózik a korábbi, összetettségben, testreszabhatóságban és fizikai megvalósíthatóságban rejlő szűk keresztmetszetekkel.
– Michael a Royal Society of Chemistry három könyvének szerzője:
Nanotársadalom: a technológia határainak feszegetése,
Nanotechnológia: A jövő apróés
Nanomérnöki tervezés: A technológiát láthatatlanná tevő készségek és eszközök
copyright ©
Nanowerk LLC
Legyen a Spotlight vendégszerzője! Csatlakozz nagy és növekvő csoportunkhoz vendég közreműködők. Nemrég publikált tudományos cikket, vagy más izgalmas fejleményeket szeretne megosztani a nanotechnológiai közösséggel? Így tehet közzé a nanowerk.com oldalon.
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64403.php
- :van
- :is
- $ UP
- 1
- 10
- 12
- 31
- 32
- 3d
- 7
- 8
- 9
- a
- pontosan
- elért
- akusztikus
- át
- aktívan
- alkalmazkodik
- Ezen kívül
- algoritmusok
- Minden termék
- lehetővé teszi, hogy
- majdnem
- Is
- an
- elemzés
- analitika
- és a
- alkalmazások
- megközelítés
- megközelít
- építészet
- VANNAK
- körül
- AS
- At
- megkísérelt
- szerző
- átlagos
- átlagolás
- elkerülése érdekében
- alapján
- alapvető
- mert
- lent
- referenciaértékek
- Berger
- mérték utáni
- között
- nagyobb
- üres
- Könyvek
- mindkét
- szűk
- határait
- áttörés
- HÍD
- széles
- épít
- de
- by
- TUD
- Kapacitás
- esetek
- Központ
- kihívások
- Változások
- kémia
- Kína
- kettyenés
- CM kiterjesztés
- közösség
- képest
- versengő
- bonyolult
- bonyolultság
- alkatrészek
- áll
- azzal jellemezve,
- számítási
- számítások
- számítógép
- számítógépek
- számítástechnika
- számítási teljesítmény
- fogalmak
- állandó
- tartalmaz
- ellenőrzés
- hagyományos
- konverziók
- átalakított
- kiadások
- tudott
- nyomorék
- döntően
- nehézség
- Jelenlegi
- dátum
- Adatelemzés
- adatfeldolgozás
- találka
- késedelmek
- követelte
- igények
- mutatja
- Design
- tervek
- kívánatos
- fejlett
- fejlesztések
- Eszközök
- nehéz
- digitális
- digitálisan
- számjegy
- méretek
- különböző
- számos
- uralkodó
- le-
- dinamikus
- él
- szélsőséges számítástechnika
- hatékonyan
- hatékonyság
- nyolc
- Elektronikus
- elemek
- beágyazás
- kiemelkedik
- lehetővé téve
- kódolt
- Mérnöki
- nagyít
- óriási
- gazdagító
- belépés
- Egész
- egyenletek
- felszerelés
- egyenértékűek
- hiba
- hibák
- megállapítja
- Még
- minden
- evolúció
- izgalmas
- bővülő
- kísérletek
- szakértők
- szélső
- berendezések
- tény
- tényezők
- messze
- gyorsabb
- megvalósíthatóság
- Funkció
- utolsó
- megállapítások
- rögzített
- Rugalmasság
- rugalmas
- A
- Alapok
- négy
- ból ből
- teljesen
- funkcionális
- alapvető
- további
- jövő
- kapu
- Gates
- geometria
- kap
- gif
- támogatások
- Rács
- Csoport
- Növekvő
- Vendég
- fogantyú
- Fogantyúk
- megtörténik
- hardver
- Legyen
- nehéz
- Magas
- <p></p>
- Hogyan
- How To
- azonban
- HTTPS
- identiques
- if
- kép
- Leképezés
- javul
- in
- incidens
- egyre inkább
- hihetetlen
- egyéni
- információ
- velejáró
- kezdetben
- bemenet
- belső
- Ihlet
- azonnal
- kamat
- interferencia
- bele
- bonyolult
- érdekesnek
- önmagában
- ITS
- maga
- csatlakozik
- jpg
- éppen
- Kulcs
- hiányzó
- nagy
- nagyobb
- Lays
- tanulás
- kevesebb
- erőfölény
- fekszik
- fény
- mint
- Korlátozott
- logika
- logo
- régóta várt
- nézett
- Elő/Utó
- gép
- gépi tanulás
- fontos
- KÉSZÍT
- Gyártás
- matematikai
- Mátrix
- Lehet..
- megmért
- mérések
- mechanika
- közepes
- Mérésügyi
- Michael
- Középső
- modellezés
- módosítása
- több
- sok
- név
- nanotechnológia
- Közel
- szükséges
- igénylő
- hálózat
- Új
- nem
- Megjegyzések
- Most
- számok
- of
- on
- Igény szerint
- működik
- üzemeltetési
- operatív
- Művelet
- optimalizálás
- or
- Más
- mi
- teljesítmény
- felett
- átfogó
- Papír
- paradigmák
- minták
- teljesítmény
- Előadja
- engedély
- fázis
- PHP
- fizikai
- fizikailag
- Fizika
- úttörő
- emelvény
- Plató
- Platón adatintelligencia
- PlatoData
- pont
- portok
- hatalom
- Gyakorlati
- pontosan
- előrejelzés
- előző
- korábban
- alapelv
- Előzetes
- Probléma
- problémák
- folyamat
- feldolgozás
- processzorok
- Haladás
- biztató
- szaporítóanyag
- prototípus
- igazolt
- közzétesz
- közzétett
- kiadó
- Toló
- radar
- gyors
- Az árak
- Inkább
- Olvasás
- real-time
- felismerve
- csökkenteni
- csökkentő
- Gondolatok
- vidék
- megismételt
- Jelentések
- kutatás
- kutatók
- eredményez
- Eredmények
- forradalmi
- királyi
- s
- azonos
- skálázható
- elszórt
- rendszerek
- Tudomány
- tudományos
- tudósok
- ágazatok
- felépítés
- számos
- Megosztás
- kellene
- kimutatta,
- jelek
- jelentős
- Szilícium
- Egyszerű
- tettetés
- Méret
- készségek
- Társadalom
- Megoldások
- SOLVE
- Megoldja
- Megoldása
- keresett
- délkeleti
- Hely
- specializált
- sebesség
- sebesség
- reflektorfény
- csúcs-
- szárú
- szerkezeti
- struktúrák
- lényeges
- lényegesen
- sikeresen
- ilyen
- Öltöny
- szuperszámítógépek
- felületi
- túlszárnyalni
- Systems
- szerelések
- feladatok
- csapat
- technikák
- Technológia
- teszt
- mint
- hogy
- A
- A jövő
- az információ
- azok
- Őket
- Ott.
- Ezek
- ők
- ezt
- három
- Keresztül
- Így
- Cím
- nak nek
- szerszámok
- felé
- hagyományos
- Átalakítás
- transzformáció
- tranzit
- kettő
- mennek
- egyetemi
- Frissítés
- URL
- segítségével
- érvényesített
- változó
- Sebesség
- ellenőrzött
- sokoldalúság
- keresztül
- életképes
- fontos
- hullám
- hullámok
- időjárás
- voltak
- ami
- míg
- val vel
- belül
- nélkül
- Munka
- lenne
- X
- év
- engedett
- így
- te
- A te
- zephyrnet