Швейцарские ученые нашли способ преодолеть одно из главных ограничений современных компьютеров — так называемое «узкое место фон Неймана». Новый наножидкостный мемристор позволит процессорам «думать» подобно человеческому мозгу.
Для того, чтобы в полной мере понять важность этого открытия, нужно немного углубиться в теорию. Память (и способность ее хранить) является важной операцией как в компьютерах, так и в человеческом мозге. Различие тут заключается в том, как именно обрабатывается информация. Мозг обрабатывает информацию непосредственно на основе хранящихся данных, в то время как компьютеры передают данные между блоком памяти и центральным процессором, что существенно повышает энергозатраты. Это разделение и называется «узким местом архитектуры фон Неймана».
Узкое место фон Неймана — это фундаментальное ограничение в архитектуре компьютеров, названное в честь математика и физика Джона фон Неймана. Возникает оно из-за конструкции архитектуры, при которой используется одна шина для получения данных и инструкций из памяти. Таким образом, процессор может в один момент получить либо данные, либо инструкции, но никак не одновременно то и другое. Следовательно, скорость работы процессора ограничивается пропускной способностью памяти, что крайне неэффективно.
«Мы создали новое устройство для работы с памятью, которое значительно лучше масштабируется и обладает более высокой производительностью, чем предыдущие попытки. Это позволило нам впервые соединить два „искусственных синапса“, что открывает путь к созданию оборудования, вдохновленного мозгом», — рассказал исследователь Тео Эммерих.
Для преодоления «узкого места» ученые Федерального института технологий швейцарской Лозанны создали новый мемристор — электронный компонент, который способен как вычислять, так и хранить данные. Эта довольно новая технология ранее использовалась в создании электронных нейронных сетей. Однако ученые поставили перед собой гораздо более грандиозную задачу — создание наножидкостной нейронной сети, которая, подобно человеческому мозгу, сможет использовать для вычислений изменения концентрации ионов.
Если не вдаваться в подробности, то мемристоры прошлого поколения базируются на электронах — всегда отрицательно заряженных элементарных частицах. Новый же мемристор использует для работы ионы — атомы, состоящие из протонов, нейтронов и электронов. Меняя отрицательно или положительно заряженные ионы (катионы или анионы), ученые могут гораздо тоньше контролировать работу мемристора, в том числе объем его памяти и скорость ее обработки. Такой подход будет более точно имитировать человеческий мозг и будет менее энергозатратным.
Ссылка на статью: https://newkhakasiya.online/news/2024-07-16/kompyutery-smogut-dumat-kak-chelovecheskiy-mozg-blagodarya-novomu-otkrytiyu-5139765
