12 stycznia 2024 r
(Nanowerk w centrum uwagi!) W miarę jak nasze urządzenia cyfrowe wykonują coraz bardziej złożone obliczenia, naukowcy zwrócili się do fizyki w poszukiwaniu inspiracji w zakresie nowych paradygmatów obliczeniowych. Zamiast przesyłać sygnały elektryczne przez krzem jak w konwencjonalnych procesorach, intrygujące podejście koduje informacje w postaci fal elektromagnetycznych lub akustycznych rozchodzących się w przestrzeni. Te komputery wykorzystujące fale mogą rozwiązywać problemy z niewiarygodną szybkością – teoretycznie do prędkości samego światła. Tak ekstremalna prędkość wynika z faktu, że przetwarzanie danych odbywa się samoistnie w ośrodku falowym poprzez celowe wzorce interferencji. Nie ma kaskadowych bramek logicznych obniżających wydajność, jak w obwodach cyfrowych. Przebiegi zawierają zarówno dane amplitudowe, jak i fazowe, wzbogacając pojemność informacyjną w porównaniu z prostymi cyframi binarnymi typu on-off. Komputery Wave nie wymagają powtarzalnych konwersji analogowo-cyfrowych i pozwalają uniknąć poważnych wąskich gardeł ograniczających ewolucję tradycyjnych architektur obliczeniowych. Eksperci od lat starali się zbudować praktyczne systemy oparte na falach, ale postęp hamowały nieodłączne wyzwania związane ze złożonością, możliwością dostosowywania i produkcją. Stworzenie praktycznych komputerów wykorzystujących fale okazało się niezwykle trudne. Wcześniejsze koncepcje wymagały złożonych algorytmów optymalizacyjnych, w wyniku których uzyskano projekty niemożliwe do wyprodukowania. Alternatywne podejścia oparte na konfigurowalnych układach obwodów wymagały niepraktycznej liczby przesuwników fazowych i wzmacniaczy. Wszystkie te konfiguracje były specyficzne dla aplikacji i brakowało im elastyczności w szerokim rozwiązywaniu problemów. Teraz naukowcy z Uniwersytetu Południowo-Wschodniego w Chinach dokonali wielkiego przełomu w zastosowaniu metapowierzchnie – kluczowa technologia fotoniczna obiecująca rewolucyjną kontrolę nad falami elektromagnetycznymi. Ich pionierski komputer metapowierzchniowy skutecznie wykonuje szybkie obliczenia na matrycy analogowej, które sparaliżowałyby znacznie szybsze superkomputery cyfrowe.
Schemat ideowy solwera CME opartego na metapowierzchni, który składa się z 2N-portowej sieci transmisyjnej i N identycznych 4-portowych łączników. (Przedruk za zgodą Wiley-VCH Verlag) (kliknij obraz, aby powiększyć) Zespół raportuje swoje ustalenia w Zaawansowane materiały funkcjonalne („Złożone rozwiązanie równań macierzowych oparte na obliczeniowej metapowierzchni”).
Równania macierzowe zajmują ważne miejsce w nauce i inżynierii, modelując wszystko, od optymalizatorów uczenia maszynowego po symulacje mechaniki strukturalnej. Rozwiązanie ich cyfrowo wymaga znacznej mocy obliczeniowej, co motywuje duże zainteresowanie architekturami opartymi na falach analogowych.
Sedno nowego narzędzia do rozwiązywania metapowierzchni leży w jego obliczeniowej powierzchni elektromagnetycznej, składającej się z siatki 1,176 delikatnie dostrojonych elementów, które modyfikują amplitudę i fazę fal padających. To reprogramowalne medium nanofotoniczne aktywnie przekształca sygnały wejściowe w pożądane dane wyjściowe, fizycznie osadzając matematykę w metapowierzchni.
Aby móc korzystać z solwera, złożone równania macierzowe są konwertowane na dwie składowe – macierz współczynników i wektor stały. Dane te zostają naniesione na fale elektromagnetyczne docierające do dwóch portów wejściowych. Gdy sygnały rozchodzą się przez obszar metapowierzchni, poddawane są skomplikowanym obliczeniom interferencji poprzez rozproszone odbicia. Ostateczny wynik pojawia się na portach wyjściowych, zakodowany na falach wychodzących.
Co ciekawe, cały ten proces kończy się niemal natychmiast, gdy fale przemieszczają się przez układ z prędkością bliską prędkości światła. Nie ma systematycznych opóźnień bramek logicznych, jak w procesorach cyfrowych. Komputer Metasurface zużywa również znacznie mniej energii niż krzemowe odpowiedniki, co znacznie zmniejsza koszty operacyjne.
Co najważniejsze, zasada działania umożliwia rozwiązywanie dowolnych złożonych równań macierzowych po prostu zmieniając projekt metapowierzchni i sygnały wejściowe. W ten sposób ta sama platforma sprzętowa dostosowuje się do różnorodnych problemów bez zasadniczych zmian w architekturze. Ta programowalność zapewnia znaczną wszechstronność, której brakowało komputerom poprzedniej generacji, wymagającym projektów na zamówienie, nawet w przypadku podstawowych operacji matematycznych.
Ponieważ dostrajanie poszczególnych elementów metapowierzchni okazywało się dotychczas trudne, obecny prototyp przedstawia nierekonfigurowalny moduł rozwiązywania stałych równań. Jednak szybki postęp w technologii dynamicznej metapowierzchni wskazuje na w pełni definiowane programowo komputery z metapowierzchnią, które badacze rekonfigurują na żądanie. W artykule zauważono również, że działanie przy wyższych częstotliwościach zmniejszyłoby całkowity rozmiar, umożliwiając zastosowanie większych metapowierzchni w celu rozwiązywania większych obliczeń macierzowych.
Ponadto skalowalna płaska geometria metapowierzchni sprawia, że rozszerzanie architektury jest bardziej opłacalne niż wcześniejsze próby trójwymiarowych struktur metamateriałowych do obliczeń falowych. Jeśli takie narzędzia do rozwiązywania macierzy metapowierzchni z możliwością szybkiej rekonfiguracji zostaną solidnie opracowane, mogłyby znacząco przekształcić sektory wymagające intensywnych analiz numerycznych, od prognoz pogody po badania optymalizacyjne.
Pionierskie narzędzie do rozwiązywania metapowierzchni ustanawia długo oczekiwany pomost pomiędzy obliczaniem fal w czasie rzeczywistym a praktycznym programowaniem. O ile początkowy prototyp obsługuje matrycę o ograniczonym rozmiarze 5 x 5, o tyle więcej elementów mogłoby wiązać się z większymi wymiarami. W rzeczywistości skalowalna geometria planarna metapowierzchni sprawia, że rozwiązywanie dużych problemów jest prostsze niż wcześniej próbowano wykonać nieporęczne struktury metamateriałów 3D.
Naukowcy wszechstronnie zweryfikowali swój projekt za pomocą symulacji i pomiarów, dokładnie rozwiązując kilka równań macierzy testowej. W czterech przypadkach testów symulacyjnych metakomputer dostarczył rozwiązania o stosunkowo niskim poziomie błędów, wynoszącym średnio 21%. Eksperymenty na wyprodukowanym prototypie dodatkowo zweryfikowały wykonalność architektury dla macierzy 3 × 3, skutecznie obliczając rozwiązania ośmiu różnych problemów związanych z matrycą. Ilościowo zmierzone rozwiązania wykazały średnio błąd poniżej 25% – na poziomie początkowych testów porównawczych konkurencyjnych schematów obliczeń elektronicznych i analogowych. Dominujące błędy wynikały z tolerancji w nanofabrykacji i wyzwań związanych z precyzyjnym odczytaniem danych wyjściowych.
Obydwa czynniki powinny ulec znacznej poprawie dzięki wykorzystaniu najnowocześniejszych urządzeń do mikronanoprodukcji i precyzyjnego sprzętu metrologicznego. Dzięki dalszemu udoskonalaniu komputery metasurface mogą przewyższać techniki cyfrowe w przypadku specjalistycznych zadań wymagających ekstremalnych prędkości.
Dzięki dalszym udoskonaleniom komputery metapowierzchniowe mogą prześcignąć procesory cyfrowe w przypadku specjalistycznych zadań wymagających ekstremalnych prędkości, takich jak obrazowanie radarowe, modelowanie naukowe i analiza danych. Co ciekawe, ich wysoka wydajność może również pasować do zastosowań brzegowych o niskim poborze mocy. Przełomowa praca kładzie istotne podwaliny pod przetwarzanie metapowierzchniowe, eliminując wcześniejsze wąskie gardła w zakresie złożoności, możliwości dostosowywania i fizycznej wykonalności.
– Michael jest autorem trzech książek wydanych przez Royal Society of Chemistry:
Nano-społeczeństwo: przekraczanie granic technologii,
Nanotechnologia: przyszłość jest malutka,
Nanoinżynieria: umiejętności i narzędzia czyniące technologię niewidoczną
copyright ©
Nanowerk spółka z ograniczoną odpowiedzialnością
Zostań autorem gościa Spotlight! Dołącz do naszej dużej i rosnącej grupy współpracownicy gościnni. Czy właśnie opublikowałeś artykuł naukowy lub masz inne ekscytujące odkrycia, którymi chcesz się podzielić ze społecznością nanotechnologiczną? Oto jak publikować na nanowerk.com.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64403.php
- :ma
- :Jest
- $W GÓRĘ
- 1
- 10
- 12
- 31
- 32
- 3d
- 7
- 8
- 9
- a
- dokładnie
- osiągnięty
- akustyczny
- w poprzek
- aktywnie
- dostosowuje się
- do tego
- Algorytmy
- Wszystkie kategorie
- pozwala
- prawie
- również
- an
- analiza
- analityka
- i
- aplikacje
- podejście
- awanse
- architektura
- SĄ
- na około
- AS
- At
- próbę
- autor
- średni
- średnio
- uniknąć
- na podstawie
- podstawowy
- bo
- poniżej
- Benchmarki
- Berger
- zrobiony na zamówienie
- pomiędzy
- większe
- pusty
- Książki
- obie
- wąskie gardła
- Granice
- przełom
- BRIDGE
- szeroki
- budować
- ale
- by
- CAN
- Pojemność
- Etui
- Centrum
- wyzwania
- Zmiany
- chemia
- Chiny
- kliknij
- rozszerzenie CM
- społeczność
- w porównaniu
- konkurowania
- kompleks
- kompleksowość
- składniki
- w składzie
- obejmujący
- obliczeniowy
- obliczenia
- komputer
- komputery
- computing
- moc obliczeniowa
- Koncepcje
- stały
- zawierać
- kontrola
- Konwencjonalny
- konwersje
- przeliczone
- Koszty:
- mógłby
- kaleka
- co najważniejsze
- sedno sprawy
- Aktualny
- dane
- Analityka danych
- analiza danych
- Data
- opóźnienia
- zażądał
- wymagania
- demonstruje
- Wnętrze
- projekty
- życzenia
- rozwinięty
- wydarzenia
- urządzenia
- trudny
- cyfrowy
- cyfrowo
- cyfry
- Wymiary
- odrębny
- inny
- dominujący
- na dół
- dynamiczny
- krawędź
- przetwarzanie krawędziowe
- faktycznie
- efektywność
- osiem
- Elektroniczny
- Elementy
- osadzanie
- wyłania się
- umożliwiając
- zakodowany
- Inżynieria
- powiększać
- ogromnie
- wzbogacanie
- wprowadzenie
- Cały
- równania
- sprzęt
- odpowiedniki
- błąd
- Błędy
- ustanawia
- Parzyste
- wszystko
- ewolucja
- ekscytujący
- rozszerzenie
- eksperymenty
- eksperci
- skrajny
- udogodnienia
- fakt
- Czynniki
- daleko
- szybciej
- wykonalność
- Cecha
- finał
- Ustalenia
- ustalony
- Elastyczność
- elastyczne
- W razie zamówieenia projektu
- Fundamenty
- cztery
- od
- w pełni
- funkcjonalny
- fundamentalny
- dalej
- przyszłość
- brama
- Bramy
- geometria
- otrzymać
- gif
- Dotacje
- Krata
- Zarządzanie
- Rozwój
- Gość
- uchwyt
- Uchwyty
- dzieje
- sprzęt komputerowy
- Have
- ciężki
- Wysoki
- wyższy
- W jaki sposób
- How To
- Jednak
- HTTPS
- identiques
- if
- obraz
- Obrazowanie
- podnieść
- in
- incydent
- coraz bardziej
- niewiarygodny
- indywidualny
- Informacja
- nieodłączny
- początkowy
- wkład
- wewnątrz
- Inspiracja
- momentalnie
- odsetki
- ingerencja
- najnowszych
- zawiły
- intrygancki
- wewnętrznie
- JEGO
- samo
- przystąpić
- jpg
- właśnie
- Klawisz
- brak
- duży
- większe
- Leży
- nauka
- mniej
- lewarowanie
- leży
- lekki
- lubić
- Ograniczony
- logika
- logo
- długo oczekiwany
- wyglądał
- niski
- maszyna
- uczenie maszynowe
- poważny
- WYKONUJE
- Dokonywanie
- matematyka
- Matrix
- Może..
- mierzona
- Pomiary
- mechanika
- średni
- Metrologia
- Michał
- Środkowy
- modelowanie
- modyfikować
- jeszcze
- dużo
- Nazwa
- nanotechnologia
- Blisko
- potrzebne
- potrzeba
- sieć
- Nowości
- Nie
- Uwagi
- już dziś
- z naszej
- of
- on
- Na żądanie
- działać
- operacyjny
- operacyjny
- operacje
- optymalizacja
- or
- Inne
- ludzkiej,
- wydajność
- koniec
- ogólny
- Papier
- paradygmaty
- wzory
- jest gwarancją najlepszej jakości, które mogą dostarczyć Ci Twoje monitory,
- wykonuje
- pozwolenie
- faza
- PHP
- fizyczny
- Fizycznie
- Fizyka
- Pionierskość
- Platforma
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- zwrotnica
- porty
- power
- Praktyczny
- precyzyjnie
- przepowiednia
- poprzedni
- poprzednio
- zasada
- Wcześniejszy
- Problem
- problemy
- wygląda tak
- przetwarzanie
- Procesory
- Postęp
- obiecujący
- rozmnażanie
- prototyp
- Sprawdzony
- publikować
- opublikowany
- wydawca
- Popychanie
- radar
- szybki
- ceny
- raczej
- Czytający
- w czasie rzeczywistym
- zrealizowanie
- zmniejszyć
- redukcja
- Reflections
- region
- powtórzony
- Raporty
- Badania naukowe
- Badacze
- dalsze
- Efekt
- rewolucyjny
- królewski
- s
- taki sam
- skalowalny
- rozrzucone
- systemy
- nauka
- naukowy
- Naukowcy
- Sektory
- ustawienie
- kilka
- Share
- powinien
- pokazał
- Sygnały
- znaczący
- Krzem
- Prosty
- symulacja
- Rozmiar
- umiejętności
- Społeczeństwo
- Rozwiązania
- ROZWIĄZANIA
- Rozwiązuje
- Rozwiązywanie
- poszukiwany
- na południowy wschód
- Typ przestrzeni
- wyspecjalizowanym
- prędkość
- prędkości
- reflektor
- state-of-the-art
- wywodził się
- strukturalny
- Struktury
- znaczny
- w zasadzie
- Z powodzeniem
- taki
- Garnitur
- superkomputery
- Powierzchnia
- przewyższać
- systemy
- zwalczanie
- zadania
- zespół
- Techniki
- Technologia
- test
- niż
- że
- Połączenia
- Przyszłość
- Informacje
- ich
- Im
- Tam.
- Te
- one
- to
- trzy
- Przez
- A zatem
- Tytuł
- do
- narzędzia
- w kierunku
- tradycyjny
- Przekształcać
- transformacje
- tranzyt
- drugiej
- przejść
- uniwersytet
- Nowości
- URL
- za pomocą
- zatwierdzony
- zmienne
- Prędkość
- zweryfikowana
- wszechstronność
- przez
- wykonalne
- istotny
- fala
- fale
- Pogoda
- były
- który
- Podczas
- w
- w ciągu
- bez
- Praca
- by
- X
- lat
- wydany
- wydajność
- ty
- Twój
- zefirnet