Ngày 12 tháng 2024 năm XNUMX
(Tiêu điểm Nanowerk) Khi các thiết bị kỹ thuật số của chúng ta xử lý các phép tính ngày càng phức tạp, các nhà khoa học đã tìm đến vật lý để lấy cảm hứng cho các mô hình điện toán mới. Thay vì chuyển các tín hiệu điện qua silicon như các bộ xử lý thông thường, một phương pháp hấp dẫn sẽ mã hóa thông tin dưới dạng sóng điện từ hoặc sóng âm lan truyền trong không gian. Những máy tính dựa trên sóng này có thể giải quyết vấn đề với tốc độ đáng kinh ngạc - về mặt lý thuyết lên tới tốc độ ánh sáng. Kết quả vận tốc cực cao như vậy là do quá trình xử lý dữ liệu thực chất diễn ra trong môi trường sóng thông qua các kiểu giao thoa có chủ ý. Không có cổng logic xếp tầng làm giảm hiệu suất như trong các mạch kỹ thuật số. Dạng sóng chứa cả dữ liệu biên độ và pha, làm phong phú thêm dung lượng thông tin so với các chữ số nhị phân bật tắt đơn giản. Và không cần chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số lặp đi lặp lại, máy tính sóng sẽ tránh được tắc nghẽn lớn cản trở sự phát triển của kiến trúc điện toán truyền thống. Các chuyên gia đã tìm cách xây dựng các hệ thống dựa trên sóng thực tế trong nhiều năm, nhưng những thách thức cố hữu xung quanh độ phức tạp, khả năng tùy chỉnh và khả năng sản xuất đã cản trở tiến độ. Việc hiện thực hóa các máy tính dựa trên sóng thực tế đã tỏ ra vô cùng khó khăn. Các khái niệm trước đây yêu cầu các thuật toán tối ưu hóa phức tạp mang lại những thiết kế không thể sản xuất được. Các phương pháp thay thế dựa trên mảng mạch có thể định cấu hình cần số lượng bộ dịch pha và bộ khuếch đại không thực tế. Tất cả các thiết lập này đều dành riêng cho ứng dụng, thiếu tính linh hoạt để giải quyết vấn đề rộng rãi. Giờ đây, các nhà khoa học từ Đại học Đông Nam ở Trung Quốc đã đạt được bước đột phá lớn bằng cách sử dụng siêu bề mặt – một công nghệ quang tử quan trọng hứa hẹn mang tính cách mạng trong việc kiểm soát sóng điện từ. Máy tính metasurface tiên phong của họ thực hiện hiệu quả các phép tính ma trận tương tự nhanh chóng có thể làm tê liệt các siêu máy tính kỹ thuật số nhanh hơn nhiều.
Sơ đồ nguyên lý của bộ giải CME dựa trên metasurface, bao gồm mạng truyền dẫn cổng 2N và N bộ ghép 4 cổng giống hệt nhau. (In lại với sự cho phép của Wiley-VCH Verlag) (nhấp vào hình ảnh để phóng to) Nhóm báo cáo những phát hiện của họ trong Vật liệu chức năng nâng cao (“Bộ giải phương trình ma trận phức tạp dựa trên siêu bề mặt tính toán”).
Phương trình ma trận nổi bật trong khoa học và kỹ thuật, mô hình hóa mọi thứ từ trình tối ưu hóa học máy đến mô phỏng cơ học kết cấu. Việc giải chúng bằng kỹ thuật số đòi hỏi sức mạnh tính toán đáng kể, thúc đẩy sự quan tâm sâu sắc đến các kiến trúc dựa trên sóng tương tự.
Mấu chốt của bộ giải metasurface mới nằm ở bề mặt điện từ tính toán của nó, bao gồm một lưới gồm 1,176 phần tử được điều chỉnh tinh vi để thay đổi biên độ và pha của sóng tới. Môi trường quang tử nano có thể lập trình lại này sẽ tích cực chuyển đổi tín hiệu đầu vào thành dữ liệu đầu ra mong muốn, nhúng phép toán vào bên trong siêu bề mặt một cách vật lý.
Để vận hành bộ giải, các phương trình ma trận phức tạp được chuyển đổi thành hai thành phần – ma trận hệ số và vectơ hằng số. Những dữ liệu này gây ấn tượng lên sóng điện từ đi vào hai cổng đầu vào. Khi các tín hiệu truyền qua vùng metasurface, chúng trải qua các tính toán giao thoa phức tạp thông qua các phản xạ tán xạ. Kết quả cuối cùng xuất hiện ở các cổng đầu ra, được mã hóa thành các sóng đi ra.
Đáng chú ý, toàn bộ quá trình này kết thúc gần như ngay lập tức khi sóng truyền qua thiết lập ở tốc độ gần tốc độ ánh sáng. Không có độ trễ cổng logic hệ thống như trong bộ xử lý kỹ thuật số. Máy tính metasurface cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều so với máy tính silicon tương đương, giúp giảm đáng kể chi phí vận hành.
Điều quan trọng là nguyên lý hoạt động cho phép giải các phương trình ma trận phức tạp tùy ý chỉ bằng cách thay đổi thiết kế metasurface và tín hiệu đầu vào. Do đó, cùng một nền tảng phần cứng có thể thích ứng với nhiều vấn đề khác nhau mà không cần thay đổi kiến trúc cơ bản. Khả năng lập trình này mang lại tính linh hoạt đáng kể mà các máy tính đời trước cần có thiết kế riêng biệt còn thiếu, ngay cả đối với các phép toán cơ bản.
Bởi vì cho đến nay việc điều chỉnh các phần tử metasurface riêng lẻ đã tỏ ra khó khăn nên nguyên mẫu hiện tại thể hiện một bộ giải không thể cấu hình lại cho các phương trình cố định. Tuy nhiên, sự tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ metasurface động hướng tới các máy tính metasurface được xác định hoàn toàn bằng phần mềm mà các nhà nghiên cứu cấu hình lại theo yêu cầu. Bài báo cũng lưu ý rằng hoạt động ở tần số cao hơn sẽ làm giảm kích thước tổng thể, cho phép các siêu giao diện lớn hơn giải quyết các phép tính ma trận lớn hơn.
Ngoài ra, hình dạng phẳng có thể mở rộng của siêu bề mặt giúp việc mở rộng kiến trúc trở nên khả thi hơn so với các cấu trúc siêu vật liệu 3D trước đây đã được thử cho tính toán sóng. Nếu được phát triển mạnh mẽ, các bộ giải ma trận metasurface có thể cấu hình lại nhanh chóng như vậy có thể biến đổi rõ rệt các lĩnh vực cần phân tích số nặng từ dự báo thời tiết sang nghiên cứu tối ưu hóa.
Bộ giải metasurface tiên phong thiết lập một cầu nối được chờ đợi từ lâu giữa tính toán sóng thời gian thực và khả năng lập trình thực tế. Trong khi nguyên mẫu ban đầu xử lý kích thước ma trận giới hạn là 5 x 5, nhiều phần tử hơn có thể liệt kê các kích thước cao hơn. Trên thực tế, hình học phẳng có thể mở rộng của siêu bề mặt giúp việc giải quyết vấn đề lớn trở nên khả thi hơn một cách đơn giản hơn so với các cấu trúc siêu vật liệu 3D cồng kềnh đã được thử trước đây.
Các nhà nghiên cứu đã xác nhận một cách toàn diện thiết kế của họ thông qua mô phỏng và đo lường, giải quyết chính xác một số phương trình ma trận thử nghiệm. Qua bốn trường hợp thử nghiệm mô phỏng, siêu máy tính đã đưa ra các giải pháp với tỷ lệ lỗi khá thấp, trung bình là 21%. Các thí nghiệm trên một nguyên mẫu được chế tạo đã xác minh thêm tính khả thi của kiến trúc cho ma trận 3×3, tính toán thành công các giải pháp cho tám vấn đề ma trận riêng biệt. Về mặt định lượng, các giải pháp đo lường này có sai số trung bình dưới 25% – ngang bằng với điểm chuẩn ban đầu của các chương trình điện toán tương tự điện tử cạnh tranh. Các lỗi chủ yếu xuất phát từ dung sai trong chế tạo nano và thách thức việc đọc chính xác dữ liệu đầu ra.
Cả hai yếu tố này cần được cải thiện đáng kể bằng cách tận dụng các cơ sở chế tạo nano vi mô hiện đại và thiết bị đo lường có độ chính xác cao. Với sự cải tiến hơn nữa, máy tính metasurface có thể vượt qua các kỹ thuật số cho các nhiệm vụ chuyên biệt cần tốc độ cực cao.
Với sự cải tiến hơn nữa, máy tính metasurface có thể vượt qua bộ xử lý kỹ thuật số để thực hiện các tác vụ chuyên biệt cần tốc độ cực cao như chụp ảnh radar, mô hình khoa học và phân tích dữ liệu. Điều thú vị là hiệu suất cao của chúng cũng có thể phù hợp với các ứng dụng điện toán biên tiêu thụ năng lượng thấp. Công trình mang tính đột phá này đặt nền tảng quan trọng cho điện toán metasurface bằng cách giải quyết các điểm nghẽn trước đây về độ phức tạp, khả năng tùy chỉnh và khả năng hiện thực hóa về mặt vật lý.
– Michael là tác giả của ba cuốn sách của Hiệp hội Hóa học Hoàng gia:
Xã hội Nano: Đẩy mạnh ranh giới của công nghệ,
Công nghệ nano: Tương lai nhỏ bévà
Nanoengineering: Các kỹ năng và công cụ làm cho công nghệ vô hình
Bản quyền ©
Công Ty TNHH Nanowerk
Trở thành tác giả khách mời của Spotlight! Tham gia nhóm lớn và đang phát triển của chúng tôi những người đóng góp cho khách. Bạn vừa xuất bản một bài báo khoa học hoặc có những phát triển thú vị khác để chia sẻ với cộng đồng công nghệ nano? Đây là cách xuất bản trên nanowerk.com.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64403.php
- : có
- :là
- $ LÊN
- 1
- 10
- 12
- 31
- 32
- 3d
- 7
- 8
- 9
- a
- chính xác
- đạt được
- âm thanh
- ngang qua
- tích cực
- thích nghi
- Ngoài ra
- thuật toán
- Tất cả
- cho phép
- gần như
- Ngoài ra
- an
- phân tích
- phân tích
- và
- các ứng dụng
- phương pháp tiếp cận
- cách tiếp cận
- kiến trúc
- LÀ
- xung quanh
- AS
- At
- đã cố gắng
- tác giả
- Trung bình cộng
- trung bình
- tránh
- dựa
- cơ bản
- bởi vì
- phía dưới
- Điểm chuẩn
- Berger
- bespoke
- giữa
- lớn hơn
- trống
- Sách
- cả hai
- tắc nghẽn
- ranh giới
- bước đột phá
- CẦU
- rộng
- xây dựng
- nhưng
- by
- CAN
- Sức chứa
- trường hợp
- Trung tâm
- thách thức
- Những thay đổi
- hóa học
- Trung Quốc
- Nhấp chuột
- phần mở rộng CM
- cộng đồng
- so
- cạnh tranh
- phức tạp
- phức tạp
- các thành phần
- sáng tác
- bao gồm
- tính toán
- tính toán
- máy tính
- máy tính
- máy tính
- khả năng tính toán
- khái niệm
- không thay đổi
- chứa
- điều khiển
- thông thường
- chuyển đổi
- chuyển đổi
- Chi phí
- có thể
- què quặt
- chủ yếu
- điểm then chốt
- Current
- dữ liệu
- Phân tích dữ liệu
- xử lý dữ liệu
- Ngày
- sự chậm trễ
- yêu cầu
- nhu cầu
- chứng minh
- Thiết kế
- thiết kế
- mong muốn
- phát triển
- phát triển
- Thiết bị (Devices)
- khó khăn
- kỹ thuật số
- kỹ thuật số
- chữ số
- kích thước
- khác biệt
- khác nhau
- có ưu thế
- xuống
- năng động
- Cạnh
- tính toán cạnh
- hiệu quả
- hiệu quả
- tám
- điện tử
- các yếu tố
- nhúng
- nổi lên
- cho phép
- mã hóa
- Kỹ Sư
- phóng to
- to lớn
- làm giàu
- vào
- Toàn bộ
- phương trình
- Trang thiết bị
- tương đương
- lôi
- lỗi
- thành lập
- Ngay cả
- tất cả mọi thứ
- sự tiến hóa
- thú vị
- mở rộng
- thí nghiệm
- các chuyên gia
- cực
- cơ sở
- thực tế
- các yếu tố
- xa
- nhanh hơn
- tính khả thi
- Đặc tính
- cuối cùng
- phát hiện
- cố định
- Linh hoạt
- linh hoạt
- Trong
- Foundations
- 4
- từ
- đầy đủ
- chức năng
- cơ bản
- xa hơn
- tương lai
- cửa khẩu
- Gates
- hình học
- được
- gif
- tài trợ
- lưới
- Nhóm
- Phát triển
- Khách
- xử lý
- Xử lý
- xảy ra
- phần cứng
- Có
- nặng
- Cao
- cao hơn
- Độ đáng tin của
- Hướng dẫn
- Tuy nhiên
- HTTPS
- giống hệt nhau
- if
- hình ảnh
- Hình ảnh
- nâng cao
- in
- sự cố
- lên
- đáng kinh ngạc
- hệ thống riêng biệt,
- thông tin
- vốn có
- ban đầu
- đầu vào
- trong
- Cảm hứng
- ngay lập tức
- quan tâm
- sự can thiệp
- trong
- phức tạp
- intriguing
- bản chất
- ITS
- chính nó
- tham gia
- jpg
- chỉ
- Key
- thiếu
- lớn
- lớn hơn
- Lays
- học tập
- ít
- tận dụng
- nằm
- ánh sáng
- Lượt thích
- Hạn chế
- logic
- Logo
- chờ đợi từ lâu
- nhìn
- Thấp
- máy
- học máy
- chính
- LÀM CHO
- Làm
- toán học
- Matrix
- Có thể..
- đo
- đo
- cơ khí
- trung bình
- Đo lường
- Michael
- Tên đệm
- người mẫu
- sửa đổi
- chi tiết
- nhiều
- tên
- công nghệ nano
- Gần
- cần thiết
- cần
- mạng
- Mới
- Không
- Chú ý
- tại
- số
- of
- on
- Theo yêu cầu
- hoạt động
- hoạt động
- hoạt động
- Hoạt động
- tối ưu hóa
- or
- Nền tảng khác
- vfoXNUMXfipXNUMXhfpiXNUMXufhpiXNUMXuf
- đầu ra
- kết thúc
- tổng thể
- Giấy
- mô hình
- mô hình
- hiệu suất
- thực hiện
- cho phép
- giai đoạn
- PHP
- vật lý
- Thể chất
- Vật lý
- Tiên phong
- nền tảng
- plato
- Thông tin dữ liệu Plato
- PlatoDữ liệu
- điểm
- cổng
- quyền lực
- Thực tế
- Chính xác
- dự đoán
- trước
- trước đây
- nguyên tắc
- Trước khi
- Vấn đề
- vấn đề
- quá trình
- xử lý
- bộ vi xử lý
- Tiến độ
- hứa hẹn
- tuyên truyền
- nguyên mẫu
- đã được chứng minh
- xuất bản
- công bố
- nhà xuất bản
- Đẩy
- radar
- nhanh
- Giá
- hơn
- Reading
- thời gian thực
- nhận ra
- giảm
- giảm
- Những phản ánh
- khu
- lặp đi lặp lại
- Báo cáo
- nghiên cứu
- nhà nghiên cứu
- kết quả
- Kết quả
- cách mạng
- hoàng gia
- s
- tương tự
- khả năng mở rộng
- rải rác
- đề án
- Khoa học
- khoa học
- các nhà khoa học
- Ngành
- thiết lập
- một số
- Chia sẻ
- nên
- cho thấy
- tín hiệu
- có ý nghĩa
- Silicon
- Đơn giản
- mô phỏng
- Kích thước máy
- kỹ năng
- Xã hội
- Giải pháp
- động SOLVE
- Giải quyết
- Giải quyết
- tìm kiếm
- Đông Nam
- Không gian
- chuyên nghành
- tốc độ
- tốc độ
- Spotlight
- nhà nước-of-the-art
- thân cây
- cấu trúc
- cấu trúc
- đáng kể
- đáng kể
- Thành công
- như vậy
- Bộ đồ
- siêu máy tính
- Bề mặt
- vượt qua
- hệ thống
- giải quyết
- nhiệm vụ
- nhóm
- kỹ thuật
- Công nghệ
- thử nghiệm
- hơn
- việc này
- Sản phẩm
- Tương lai
- thông tin
- cung cấp their dịch
- Them
- Đó
- Kia là
- họ
- điều này
- số ba
- Thông qua
- Như vậy
- Yêu sách
- đến
- công cụ
- đối với
- truyền thống
- Chuyển đổi
- biến đổi
- quá cảnh
- hai
- trải qua
- trường đại học
- Cập nhật
- URL
- sử dụng
- xác nhận
- thay đổi
- Thành phố Velo
- xác minh
- tính linh hoạt
- thông qua
- khả thi
- quan trọng
- Sóng
- sóng biển
- Thời tiết
- là
- cái nào
- trong khi
- với
- ở trong
- không có
- Công việc
- sẽ
- X
- năm
- mang lại
- năng suất
- bạn
- trên màn hình
- zephyrnet