12 בינואר 2024
(Nanowerk זרקור) ככל שהמכשירים הדיגיטליים שלנו מטפלים בחישובים מורכבים יותר ויותר, מדענים פנו לפיזיקה כדי לקבל השראה לפרדיגמות מחשוב חדשות. במקום להעביר אותות חשמליים על פני סיליקון כמו מעבדים רגילים, גישה מסקרנת מקודדת מידע בגלים אלקטרומגנטיים או אקוסטיים המתפשטים בחלל. מחשבים מבוססי גלים אלה יכולים לפתור בעיות במהירויות מדהימות - תיאורטית עד למהירות האור עצמה. מהירות קיצונית כזו נובעת מכיוון שעיבוד נתונים מתרחש באופן מהותי בתוך תווך הגל באמצעות דפוסי הפרעות מכוונים. אין שערים לוגיים מדורגים שגוררים את הביצועים כמו במעגלים דיגיטליים. צורות גל מכילות גם נתוני משרעת וגם נתוני פאזה, מעשירים את קיבולת המידע בהשוואה לספרות בינאריות פשוטות ל-on-off. ומבלי להזדקק להמרות אנלוגיות לדיגיטליות חוזרות ונשנות, מחשבי גל נמנעים מצוואר בקבוק גדול שמצמצם את האבולוציה של ארכיטקטורות מחשוב מסורתיות. מומחים ביקשו לבנות מערכות מעשיות מבוססות גלים במשך שנים, אך אתגרים מובנים סביב מורכבות, התאמה אישית ויכולת ייצור עצרו את ההתקדמות. מימוש מחשבים מעשיים מבוססי גל הוכיח את עצמו כקשה מאוד. רעיונות קודמים דרשו אלגוריתמי אופטימיזציה מורכבים שהניבו עיצובים בלתי ניתנים לייצור. גישות חלופיות המבוססות על מערכי מעגלים הניתנים להגדרה היו זקוקים למספרים לא מעשיים של משמרות פאזה ומגברים. כל ההגדרות הללו היו ספציפיות ליישום, חסרות גמישות לפתרון בעיות רחב. כעת, מדענים מאוניברסיטת דרום מזרח בסין השיגו פריצת דרך גדולה באמצעות משטחי שטח - טכנולוגיה פוטונית מפתח המבטיחה שליטה מהפכנית על גלים אלקטרומגנטיים. המחשב המטא-שטח החלוצי שלהם מבצע ביעילות חישובי מטריקס אנלוגיים מהירים שיפגעו במחשבי-על דיגיטליים מהירים בהרבה.
דיאגרמה סכמטית של פותר ה-CME המבוסס על משטח מטה, המורכב מרשת שידור של 2N יציאות ומצמדי 4 יציאות זהים. (הודפס מחדש ברשות Wiley-VCH Verlag) (לחץ על התמונה להגדלה) הצוות מדווח על ממצאיו ב חומרים פונקציונליים מתקדמים ("פותר משוואות מטריצות מורכבות המבוסס על מטא-משטח חישובי").
משוואות מטריקס מופיעות בצורה בולטת בכל רחבי המדע וההנדסה, ומדגמות כל דבר, החל מממטבי למידת מכונה ועד סימולציות של מכניקה מבנית. פתרון אותן דיגיטלי דורש כוח מחשוב משמעותי, מה שמניע את העניין האינטנסיבי בארכיטקטורות מבוססות גל אנלוגי.
עיקרו של פותר המטא-שטח החדש טמון במשטח האלקטרומגנטי החישובי שלו, הכולל רשת של 1,176 אלמנטים מכוונים בעדינות המשנים משרעת ופאזה של גלים תקפים. המדיום הננו-פוטוני הניתן לתכנות מחדש הופך באופן פעיל אותות קלט לנתוני פלט רצויים, ומטמיע פיזית את המתמטיקה בתוך המטא-משטח.
כדי להפעיל את הפותר, משוואות מטריצה מורכבות מומרות לשני מרכיבים - מטריצת מקדם ווקטור קבוע. נתונים אלה מתרשמים על גלים אלקטרומגנטיים הנכנסים לשתי יציאות כניסה. כאשר האותות מתפשטים באזור המטא-שטח, הם עוברים חישובי הפרעות מורכבים באמצעות השתקפויות מפוזרות. התוצאה הסופית מופיעה ביציאות הפלט, מקודדת על גלים יוצאים.
למרבה הפלא, כל התהליך הזה מסתיים כמעט באופן מיידי כשהגלים עוברים את ההגדרה קרוב למהירות האור. אין עיכובים שיטתיים של שערים לוגיים כמו במעבדים דיגיטליים. המחשב המט-שטחי גם צורך הרבה פחות חשמל מאשר מקבילי סיליקון, מה שמפחית בחדות את עלויות התפעול.
באופן מכריע, העיקרון התפעולי מאפשר פתרון שרירותי של משוואות מטריצות מורכבות רק על ידי שינוי עיצוב המטא-משטח ואותות הכניסה. אותה פלטפורמת חומרה מתאימה אפוא לבעיות מגוונות ללא שינויי ארכיטקטורה מהותיים. יכולת התכנות הזו מעניקה רבגוניות משמעותית שחסרה במחשבי גל קודמים הזקוקים לעיצובים מותאמים אישית אפילו עבור פעולות מתמטיות בסיסיות.
מכיוון שכוונון רכיבי מטא-שטח בודדים הוכיח את עצמו כקשה עד כה, אב הטיפוס הנוכחי מדגים פותר שאינו ניתן להגדרה מחדש עבור משוואות קבועות. עם זאת, התקדמות מהירה בטכנולוגיית Metasurface דינמית מצביעה על מחשבי Meta-surface המוגדרים בתוכנה במלואם, שחוקרים מגדירים מחדש לפי דרישה. המאמר גם מציין שהפעלה בתדרים גבוהים יותר תפחית את הגודל הכולל, מה שיאפשר למטא-משטחים גדולים יותר לפתור חישובי מטריצה גדולים יותר.
בנוסף, הגיאומטריה המישורית הניתנת להרחבה של מטא-משטחים הופכת את הרחבת הארכיטקטורה לכדאית יותר מאשר מבנים קודמים של מטא-חומרים תלת-ממדיים שנוסו עבור מחשוב גלים. אם יפתחו בצורה חזקה, פותרי מטריצות מטא-שטח מהירים כאלה יכולים לשנות באופן ניכר סקטורים הזקוקים לניתוח מספרי כבד מחיזוי מזג האוויר למחקר אופטימיזציה.
פותר המטא-שטח החלוצי מייצר גשר המיוחל בין מחשוב גלים בזמן אמת לבין יכולת תכנות מעשית. בעוד שאב הטיפוס הראשוני מטפל בגודל מטריצה מוגבל של 5 על 5, אלמנטים נוספים יכולים למנות ממדים גבוהים יותר. למעשה, הגיאומטריה המישורית הניתנת להרחבה של metasurfaces הופכת פתרון בעיות גדול לאפשרי בצורה פשוטה יותר מאשר מבנים מטא-חומריים תלת מימדיים מגושמים שניסו בעבר.
החוקרים אימתו באופן מקיף את התכנון שלהם באמצעות סימולציות ומדידות, ופתרו במדויק כמה משוואות מטריצות בדיקה. על פני ארבעה מקרי בדיקת סימולציה, המטה-מחשב הניב פתרונות עם שיעורי שגיאה נמוכים למדי, בממוצע של 21%. הניסויים על אב טיפוס מפוברק אימתו עוד יותר את היתכנות הארכיטקטורה עבור מטריצה 3×3, המחשוב בהצלחה פתרונות לשמונה בעיות מטריצות שונות. מבחינה כמותית, הפתרונות הנמדדים הללו הראו שגיאה של מתחת ל-25% בממוצע - בשווה לאמות מידה ראשוניות של סכימות מחשוב אנלוגיות אלקטרוניות מתחרות. השגיאות הדומיננטיות נבעו מסובלנות בייצור ננו ומאתגרים בקריאה מדויקת של נתוני הפלט.
שני הגורמים צריכים להשתפר באופן מהותי על ידי מינוף מתקני ייצור מיקרו-ננו וציוד מטרולוגיה ברמת דיוק גבוהה. עם חידוד נוסף, מחשבי מטא-שטח יכולים לעלות על טכניקות דיגיטליות למשימות מיוחדות הדורשות מהירויות קיצוניות.
עם חידוד נוסף, מחשבי מטא-שטח יכולים לעלות על מעבדים דיגיטליים עבור משימות מיוחדות הדורשות מהירויות קיצוניות כמו הדמיית מכ"ם, מודלים מדעיים וניתוח נתונים. באופן מסקרן, היעילות הגבוהה שלהם עשויה להתאים גם ליישומי מחשוב עם הספק נמוך. עבודת פריצת הדרך מניחה יסודות חיוניים למחשוב מטא-שטח על ידי התמודדות עם צווארי בקבוק קודמים במורכבות, התאמה אישית ומימוש פיזי.
By
מיכאל
ברגר
- מייקל הוא מחברם של שלושה ספרים מאת האגודה המלכותית לכימיה:
ננו-אגודה: לדחוף את גבולות הטכנולוגיה,
ננו-טכנולוגיה: העתיד זעיר, ו
ננו-הנדסה: הכישורים והכלים שהופכת את הטכנולוגיה לבלתי נראית
כל הזכויות שמורות ©
Nanowerk LLC
הפוך לסופר אורח זרקור! הצטרף לקבוצה הגדולה והגדלה שלנו של תורמים אורחים. האם פרסמת זה עתה מאמר מדעי או שיש לך התפתחויות מרגשות אחרות לחלוק עם קהילת הננוטכנולוגיה? כך לפרסם באתר nanowerk.com.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64403.php
- :יש ל
- :הוא
- $ למעלה
- 1
- 10
- 12
- 31
- 32
- 3d
- 7
- 8
- 9
- a
- במדויק
- הושג
- אקוסטי
- לרוחב
- באופן פעיל
- מסתגל
- בנוסף
- אלגוריתמים
- תעשיות
- מאפשר
- כמעט
- גם
- an
- אנליזה
- ניתוח
- ו
- יישומים
- גישה
- גישות
- ארכיטקטורה
- ARE
- סביב
- AS
- At
- ניסיתי
- מחבר
- מְמוּצָע
- ממוצעת
- לְהִמָנַע
- מבוסס
- בסיסי
- כי
- להלן
- מבחני ביצועים
- ברגר
- בהתאמה אישית
- בֵּין
- גדול
- ריק
- ספרים
- שניהם
- צווארי בקבוק
- גבולות
- פריצת דרך
- לְגַשֵׁר
- רחב
- לִבנוֹת
- אבל
- by
- CAN
- קיבולת
- מקרים
- מרכז
- האתגרים
- שינויים
- כימיה
- סין
- קליק
- CME
- קהילה
- לעומת
- מתחרה
- מורכב
- מורכבות
- רכיבים
- מורכב
- מכיל
- חישובית
- חישובים
- המחשב
- מחשבים
- מחשוב
- - כוח מחשוב
- מושגים
- קבוע
- להכיל
- לִשְׁלוֹט
- מקובל
- המרות
- הומר
- עלויות
- יכול
- נָכֶה
- באופן מכריע
- עִקָר
- נוֹכְחִי
- נתונים
- ניתוח נתונים
- עיבוד נתונים
- תַאֲרִיך
- עיכובים
- דרש
- דרישות
- מדגים
- עיצוב
- עיצובים
- רצוי
- מפותח
- התפתחויות
- התקנים
- קשה
- דיגיטלי
- באופן דיגיטלי
- ספרות
- ממדים
- מובהק
- שונה
- דומיננטי
- מטה
- דינמי
- אדג '
- קצה
- יעילות
- יעילות
- שמונה
- אֶלֶקטרוֹנִי
- אלמנטים
- הטבעה
- מתגלה
- מה שמאפשר
- מוצפן
- הנדסה
- לְהַגדִיל
- מְאוֹד מְאוֹד
- מעשיר
- הזנת
- שלם
- משוואות
- ציוד
- שווי ערך
- שגיאה
- שגיאות
- מקימה
- אֲפִילוּ
- הכל
- אבולוציה
- מרגש
- הרחבת
- ניסויים
- מומחים
- קיצוני
- מתקנים
- עובדה
- גורמים
- רחוק
- מהר יותר
- כדאיות
- מאפיין
- סופי
- ממצאים
- קבוע
- גמישות
- גמיש
- בעד
- יסודות
- ארבע
- החל מ-
- לגמרי
- פונקציונלי
- יסודי
- נוסף
- עתיד
- שער
- גייטס
- גאומטריה
- לקבל
- gif
- מענקים
- רֶשֶׁת
- קְבוּצָה
- גדל
- אוֹרֵחַ
- לטפל
- מטפל
- קורה
- חומרה
- יש
- כבד
- גָבוֹהַ
- גבוה יותר
- איך
- איך
- אולם
- HTTPS
- זהה
- if
- תמונה
- הדמיה
- לשפר
- in
- תקרית
- יותר ויותר
- מדהים
- בנפרד
- מידע
- הטמון
- בתחילה
- קלט
- בתוך
- השראה
- באופן מיידי
- אינטרס
- הַפרָעָה
- אל תוך
- מוּרכָּב
- מסקרן
- באופן מהותי
- שֶׁלָה
- עצמו
- להצטרף
- jpg
- רק
- מפתח
- נעדר
- גָדוֹל
- גדול יותר
- מניח
- למידה
- פחות
- מינוף
- שקרים
- אוֹר
- כמו
- מוגבל
- לינקדין
- הגיון
- סֵמֶל
- המיוחל
- נראה
- נמוך
- מכונה
- למידת מכונה
- גדול
- עושה
- עשייה
- מתמטיקה
- מַטרִיצָה
- מאי..
- נמדד
- מידות
- מכניקה
- בינוני
- מטרולוגיה
- מיכאל
- אמצע
- דוגמנות
- לשנות
- יותר
- הרבה
- שם
- ננוטכנולוגיה
- ליד
- נחוץ
- צורך
- רשת
- חדש
- לא
- הערות
- עַכשָׁיו
- מספרים
- of
- on
- On-Demand
- להפעיל
- פועל
- מבצעי
- תפעול
- אופטימיזציה
- or
- אחר
- שלנו
- תפוקה
- יותר
- מקיף
- מאמר
- פרדיגמות
- דפוסי
- ביצועים
- מבצע
- רשות
- שלב
- PHP
- גופני
- פיזית
- פיסיקה
- חלוצי
- פלטפורמה
- אפלטון
- מודיעין אפלטון
- אפלטון נתונים
- נקודות
- יציאות
- כּוֹחַ
- מעשי
- בדיוק
- נבואה
- קודם
- קוֹדֶם
- עקרון
- קודם
- בעיה
- בעיות
- תהליך
- תהליך
- מעבדים
- התקדמות
- מבטיח
- ריבוי
- אב טיפוס
- מוכח
- לפרסם
- לאור
- מוציא לאור
- דוחף
- מכ"ם
- מהיר
- תעריפים
- במקום
- קריאה
- זמן אמת
- מימוש
- להפחית
- הפחתה
- הרהורים
- באזור
- חזר
- דוחות לדוגמא
- מחקר
- חוקרים
- תוצאה
- תוצאות
- מהפכני
- מלכותי
- s
- אותו
- להרחבה
- פזור
- תוכניות
- מדע
- מדעי
- מדענים
- מגזרים
- התקנה
- כמה
- שיתוף
- צריך
- הראה
- אותות
- משמעותי
- סיליקון
- פָּשׁוּט
- הדמיה
- מידה
- מיומנויות
- חֶברָה
- פתרונות
- לפתור
- פותר
- פותר
- ביקש
- דרומית-מזרחית
- מֶרחָב
- מיוחד
- מְהִירוּת
- מהירויות
- זַרקוֹר
- מדינה-of-the-art
- נבע
- מִבנִי
- מבנים
- ניכר
- באופן משמעותי
- בהצלחה
- כזה
- כדלקמן
- מחשבים
- משטח
- לעלות
- מערכות
- התמודדות
- משימות
- נבחרת
- טכניקות
- טכנולוגיה
- מבחן
- מֵאֲשֶׁר
- זֶה
- השמיים
- העתיד
- המידע
- שֶׁלָהֶם
- אותם
- שם.
- אלה
- הֵם
- זֶה
- שְׁלוֹשָׁה
- דרך
- כָּך
- כותרת
- ל
- כלים
- לקראת
- מסורתי
- לשנות
- התמרות
- מעבר
- שתיים
- לַעֲבוֹר
- אוניברסיטה
- עדכונים
- כתובת האתר
- באמצעות
- תוקף
- משתנה
- מְהִירוּת
- מְאוּמָת
- צדדיות
- באמצעות
- בַּר חַיִים
- חיוני
- גל
- גלים
- מזג אוויר
- היו
- אשר
- בזמן
- עם
- בתוך
- לְלֹא
- תיק עבודות
- היה
- X
- שנים
- הניב
- מותר
- אתה
- זפירנט