12. januar 2024
(Žarišče Nanowerk) Ker naše digitalne naprave obdelujejo vedno bolj zapletene izračune, so znanstveniki iskali navdih v fiziki za nove računalniške paradigme. Namesto premikanja električnih signalov po siliciju kot običajni procesorji, zanimiv pristop kodira informacije v elektromagnetnih ali akustičnih valovih, ki se širijo skozi vesolje. Ti računalniki, ki temeljijo na valovih, lahko rešujejo probleme pri neverjetnih hitrostih - teoretično do same svetlobne hitrosti. Takšne ekstremne hitrosti nastanejo zato, ker se obdelava podatkov neločljivo dogaja znotraj valovnega medija prek namernih interferenčnih vzorcev. Ni kaskadnih logičnih vrat, ki zmanjšujejo zmogljivost kot v digitalnih vezjih. Valovne oblike vsebujejo amplitudne in fazne podatke, s čimer obogatijo informacijsko zmogljivost v primerjavi s preprostimi binarnimi ciframi vklop-izklop. Brez ponavljajočih se analogno-digitalnih pretvorb se valovni računalniki izognejo velikemu ozkemu grlu, ki omejuje razvoj tradicionalnih računalniških arhitektur. Strokovnjaki so leta poskušali zgraditi praktične sisteme, ki temeljijo na valovih, vendar so neločljivi izzivi v zvezi s kompleksnostjo, prilagodljivostjo in izdelljivostjo zavirali napredek. Uresničitev praktičnih računalnikov, ki temeljijo na valovih, se je izkazala za izjemno težavno. Predhodni koncepti so zahtevali kompleksne optimizacijske algoritme, ki so prinesli neizdelljive zasnove. Alternativni pristopi, ki temeljijo na nastavljivih nizih vezij, so zahtevali nepraktično število faznih prestavnikov in ojačevalnikov. Vse te nastavitve so bile specifične za aplikacijo in niso imele prilagodljivosti za široko reševanje težav. Zdaj so znanstveniki z jugovzhodne univerze na Kitajskem dosegli velik preboj z uporabo metapovršine – 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.
Shematski diagram reševalnika CME na osnovi metapovršine, ki je sestavljen iz prenosnega omrežja z 2N vrati in N enakih 4-portnih spojnikov. (Ponatisnjeno z dovoljenjem Wiley-VCH Verlag) (kliknite na sliko za povečavo) Ekipa poroča o svojih ugotovitvah v Napredni funkcionalni materiali (“Complex Matrix Equation Solver Based on Computational Metasurface”).
Matrične enačbe so zelo pomembne v znanosti in tehniki, saj modelirajo vse od optimizatorjev strojnega učenja do simulacij strukturne mehanike. Njihovo digitalno reševanje zahteva znatno računalniško moč, kar spodbuja intenzivno zanimanje za arhitekture, ki temeljijo na analognih valovih.
Bistvo novega reševalnika metapovršin je njegova računalniška elektromagnetna površina, ki jo sestavlja mreža 1,176 prefinjeno nastavljenih elementov, ki spreminjajo amplitudo in fazo vpadnih valov. Ta nanofotonski medij, ki ga je mogoče reprogramirati, aktivno pretvarja vhodne signale v želene izhodne podatke in fizično vgrajuje matematiko v metapovršino.
Za delovanje reševalnika se kompleksne matrične enačbe pretvorijo v dve komponenti – matriko koeficientov in konstantni vektor. Ti podatki se vtisnejo v elektromagnetne valove, ki vstopajo v dva vhodna vrata. Ko se signali širijo skozi območje metapovršine, so podvrženi zapletenim izračunom motenj prek razpršenih odbojev. Končni rezultat se pojavi na izhodnih vratih, kodiran na izhodnih valovih.
Zanimivo je, da se ta celoten proces konča skoraj v trenutku, ko valovi prečkajo nastavitev blizu svetlobne hitrosti. Ni sistematičnih zakasnitev logičnih vrat kot pri digitalnih procesorjih. Računalnik metasurface prav tako porabi veliko manj energije kot ekvivalenti silicija, kar močno zmanjša operativne stroške.
Bistveno je, da načelo delovanja omogoča reševanje poljubnih kompleksnih matričnih enačb samo s spreminjanjem zasnove metapovršine in vhodnih signalov. Ista strojna platforma se tako prilagaja različnim problemom brez temeljnih sprememb arhitekture. Ta možnost programiranja zagotavlja veliko vsestranskost, ki je manjka v računalnikih prejšnjega vala, ki potrebujejo zasnove po meri celo za osnovne matematične operacije.
Ker se je uglaševanje posameznih elementov metapovršine doslej izkazalo za težavno, trenutni prototip prikazuje reševalec za fiksne enačbe, ki ga ni mogoče rekonfigurirati. Vendar pa hiter napredek tehnologije dinamičnih metapovršin kaže na popolnoma programsko definirane metapovršinske računalnike, ki jih raziskovalci na zahtevo ponovno konfigurirajo. Članek tudi ugotavlja, da bi delovanje pri višjih frekvencah zmanjšalo celotno velikost, kar bi večjim metapovršinam omogočilo reševanje večjih matričnih izračunov.
Poleg tega je zaradi razširljive ravninske geometrije metapovršin razširitev arhitekture bolj izvedljiva od prejšnjih 3D metamaterialnih struktur, ki so se poskušale uporabiti za računalništvo valov. Če bi bili takšni hitri rekonfigurabilni metapovršinski matrični reševalci robustno razviti, bi lahko izrazito preoblikovali sektorje, ki potrebujejo obsežno numerično analizo, od vremenske napovedi do optimizacijskih raziskav.
Pionirski reševalec metapovršin vzpostavlja dolgo pričakovani most med računalništvom valov v realnem času in praktično programabilnostjo. Medtem ko začetni prototip obravnava omejeno velikost matrike 5 x 5, bi lahko več elementov naštelo višje dimenzije. Pravzaprav je razširljiva planarna geometrija metapovršin omogočila lažje reševanje velikih problemov, kot so jih poskušali doseči obsežne 3D metamaterialne strukture.
Raziskovalci so celovito potrdili svojo zasnovo s simulacijami in meritvami ter natančno rešili več testnih matričnih enačb. V štirih simulacijskih testnih primerih je metaračunalnik dal rešitve z razmeroma nizkimi stopnjami napak v povprečju 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. Prevladujoče napake so izhajale iz toleranc pri nanofabrikacijah in izzivov pri natančnem branju izhodnih podatkov.
Oba dejavnika bi se morala bistveno izboljšati z izkoriščanjem najsodobnejših zmogljivosti za mikronanoizdelovanje in visoko natančne meroslovne opreme. Z nadaljnjimi izboljšavami bi lahko metasurface računalniki presegli digitalne tehnike za specializirane naloge, ki zahtevajo ekstremne hitrosti.
Z nadaljnjimi izboljšavami bi lahko računalniki metasurface presegli digitalne procesorje za specializirane naloge, ki zahtevajo ekstremne hitrosti, kot so radarsko slikanje, znanstveno modeliranje in analiza podatkov. Zanimivo je, da lahko njihova visoka učinkovitost ustreza tudi robnim računalniškim aplikacijam z nizko porabo energije. Prelomno delo postavlja bistvene temelje za metapovršinsko računalništvo z odpravljanjem prejšnjih ozkih grl v kompleksnosti, prilagodljivosti in fizični izvedljivosti.
– Michael je avtor treh knjig Royal Society of Chemistry:
Nano-družba: potiskanje meja tehnologije,
Nanotehnologija: Prihodnost je drobnain
Nanoinženiring: Spretnosti in orodja, zaradi katerih je tehnologija nevidna
Copyright ©
Nanowerk LLC
Postanite avtor Spotlight gosta! Pridružite se naši veliki in rastoči skupini gostujoči sodelavci. Ste pravkar objavili znanstveni članek ali imate kakšen zanimiv razvoj, ki bi ga delili z nanotehnološko skupnostjo? Tukaj je opis, kako objaviti na nanowerk.com.
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
- PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
- vir: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64403.php
- :ima
- : je
- $GOR
- 1
- 10
- 12
- 31
- 32
- 3d
- 7
- 8
- 9
- a
- natančno
- doseže
- akustične
- čez
- aktivno
- prilagaja
- Poleg tega
- algoritmi
- vsi
- omogoča
- skoraj
- Prav tako
- an
- Analiza
- analitika
- in
- aplikacije
- pristop
- pristopi
- Arhitektura
- SE
- okoli
- AS
- At
- poskus
- Avtor
- povprečno
- povprečenje
- izogniti
- temeljijo
- Osnovni
- ker
- spodaj
- meril
- Berger
- po naročilu
- med
- večji
- prazno
- knjige
- tako
- ozka grla
- Meje
- preboj
- MOST
- široka
- izgradnjo
- vendar
- by
- CAN
- kapaciteta
- primeri
- center
- izzivi
- Spremembe
- kemija
- Kitajska
- klik
- CM razširitev
- skupnost
- v primerjavi z letom
- tekmuje
- kompleksna
- kompleksnost
- deli
- sestavljajo
- obsegajo
- računalniški
- izračuni
- računalnik
- računalniki
- računalništvo
- računalniška moč
- koncepti
- stalna
- vsebujejo
- nadzor
- konvencionalne
- konverzije
- pretvori
- stroški
- bi
- pohabljeno
- ključno
- Jedro
- Trenutna
- datum
- Podatkovna analiza
- obdelava podatkov
- Datum
- zamude
- zahtevano
- zahteve
- dokazuje,
- Oblikovanje
- modeli
- želeno
- razvili
- razvoju
- naprave
- težko
- digitalni
- digitalno
- števk
- dimenzije
- izrazit
- razne
- prevladujoč
- navzdol
- dinamično
- Edge
- robno računalništvo
- učinkovito
- učinkovitosti
- 8
- Electronic
- elementi
- vdelava
- nastane
- omogočanje
- kodiran
- Inženiring
- Povečaj
- izjemno
- bogatenje
- V
- Celotna
- enačbe
- oprema
- ekvivalenti
- Napaka
- napake
- vzpostavlja
- Tudi
- vse
- evolucija
- zanimivo
- širi
- Poskusi
- Strokovnjaki
- ekstremna
- objekti
- Dejstvo
- dejavniki
- daleč
- hitreje
- izvedljivost
- Feature
- končna
- Ugotovitve
- Všita
- prilagodljivost
- prilagodljiv
- za
- Temelji
- štiri
- iz
- v celoti
- funkcionalno
- temeljna
- nadalje
- Prihodnost
- vrata
- Gates
- geometrija
- dobili
- gif
- nepovratna sredstva
- Mreža
- skupina
- Pridelovanje
- Gost
- ročaj
- Ročaji
- se zgodi
- strojna oprema
- Imajo
- težka
- visoka
- več
- Kako
- Kako
- Vendar
- HTTPS
- enako
- if
- slika
- slikanje
- izboljšanje
- in
- nesreča
- vedno
- Neverjetno
- individualna
- Podatki
- inherentno
- začetna
- vhod
- v notranjosti
- Navdih
- takoj
- obresti
- motnje
- v
- zapleten
- intrigantno
- intrinzično
- ITS
- sam
- pridružite
- jpg
- samo
- Ključne
- primanjkuje
- velika
- večja
- Laži
- učenje
- manj
- vzvod
- Leži
- light
- kot
- Limited
- Logika
- logo
- dolgo pričakovano
- Pogledal
- nizka
- stroj
- strojno učenje
- velika
- IZDELA
- Izdelava
- math
- Matrix
- Maj ..
- izmerjena
- meritve
- mehanika
- srednje
- Meroslovje
- Michael
- Bližnji
- modeliranje
- spremenite
- več
- veliko
- Ime
- nanotehnologija
- Blizu
- potrebna
- potrebujejo
- mreža
- Novo
- št
- Opombe
- zdaj
- številke
- of
- on
- Na zahtevo
- deluje
- deluje
- operativno
- operacije
- optimizacija
- or
- Ostalo
- naši
- izhod
- več
- Splošni
- Papir
- paradigme
- vzorci
- performance
- opravlja
- Dovoljenje
- faza
- PHP
- fizično
- Fizično
- Fizika
- Pionirstvo
- platforma
- platon
- Platonova podatkovna inteligenca
- PlatoData
- točke
- pristanišča
- moč
- Praktično
- Ravno
- napoved
- prejšnja
- prej
- Načelo
- Predhodna
- problem
- Težave
- Postopek
- obravnavati
- procesorji
- Napredek
- obetaven
- razmnoževalno
- Prototip
- dokazano
- objavijo
- objavljeno
- Založnik
- Potiskanje
- radar
- hitro
- Cene
- precej
- reading
- v realnem času
- uresničevanje
- zmanjša
- zmanjšanje
- Razmišljanja
- okolica
- ponovi
- Poročila
- Raziskave
- raziskovalci
- povzroči
- Rezultati
- Revolucionarni
- royal
- s
- Enako
- razširljive
- razpršene
- sheme
- Znanost
- znanstveno
- Znanstveniki
- Sektorji
- nastavitev
- več
- Delite s prijatelji, znanci, družino in partnerji :-)
- shouldnt
- je pokazala,
- signali
- pomemben
- Silicij
- Enostavno
- Simulacija
- Velikosti
- spretnosti
- Društvo
- rešitve
- SOLVE
- Rešuje
- Reševanje
- Predlogi
- jugovzhod
- Vesolje
- specializirani
- hitrost
- hitrosti
- Spotlight
- state-of-the-art
- izvira
- strukturno
- strukture
- precejšen
- v bistvu
- Uspešno
- taka
- Suit
- superračunalniki
- Površina
- preseči
- sistemi
- reševanje
- Naloge
- skupina
- tehnike
- Tehnologija
- Test
- kot
- da
- O
- Prihodnost
- informacije
- njihove
- Njih
- Tukaj.
- te
- jih
- ta
- 3
- skozi
- Tako
- Naslov
- do
- orodja
- proti
- tradicionalna
- Transform
- transformacije
- tranzit
- dva
- opravi
- univerza
- posodobitve
- URL
- uporabo
- potrjeno
- različno
- VeloCity
- preverjeno
- vsestranskost
- preko
- preživetja
- ključnega pomena
- Wave
- valovi
- Vreme
- so bili
- ki
- medtem
- z
- v
- brez
- delo
- bi
- X
- let
- pridobil
- Mehek
- jo
- Vaša rutina za
- zefirnet