Novi računalni sustav uzima svoje znakove iz ljudskog mozga

CS50 2016 Week 0 at Yale (pre-release) (Lipanj 2019).

Anonim

Neki problemi su tako izazovni za rješavanje da čak i najnaprednija računala trebaju nekoliko tjedana, a ne sekunde, da ih obrađuju.

Sada je tim istraživača na Georgia Institute of Technology i Sveučilištu Notre Dame stvorio novi računalni sustav koji ima za cilj rješavati jedan od najtežih problema računarstva u djeliću vremena.

"Željeli smo pronaći način rješavanja problema bez korištenja normalnih binarnih prikaza koje su desetljećima bile okosnica računalstva", izjavio je Arijit Raychowdhury, izvanredni profesor u Georgiji Tech School of Electrical and Computer Engineering.

Njihov novi sustav koristi mrežu elektronskih oscilatora za rješavanje zadataka bojanja grafova - vrsta problema koji nastoji ugušiti suvremena računala.

Detalji studije objavljeni su 19. travnja u časopisu Scientific Reports. Istraživanje je provedeno uz pomoć Nacionalne zaklade za znanost, Ureda za istraživanje brodova, Semiconductor Research Corporation i Centra za tehnologiju niskog energetskog sustava.

"Aplikacije danas traže brže i brže računala za rješavanje izazova poput alokacije resursa, učenja stroja i analize strukture bjelančevina - problemi koji su u svojoj srži blisko povezani s bojama grafova", rekao je Raychowdhury. "Ali najvećim dijelom smo dosegli ograničenja suvremenih digitalnih računalnih procesora. Neki od tih problema koji su tako računalno teški za izvođenje mogu računati nekoliko tjedana da riješe."

Problem grafičkog grafikona započinje grafikonom - vizualno predstavljanje skupa objekata koji su na neki način povezani. Da bi riješio problem, svaki objekt mora imati boju, ali dva izravno povezana objekta ne mogu dijeliti istu boju. Tipično, cilj je obojiti sve objekte na grafikonu pomoću najmanjih različitih boja.

U dizajniranju sustava koji se razlikuje od tradicionalnih računalnih procesora temeljenih na tranzistorima, istraživači su uzeli svoje znakove iz ljudskog mozga, gdje se obrada kolektivno obrađuje, poput neuronske oscilatorske mreže, a ne s centralnim procesorom.

"To je ideja da postoji ogromna moć u kolektivnom računalstvu", rekao je Suman Datta, profesor obitelji Chang u Notre Dame College of Engineering i jedan od koautora studije. "U prirodnim oblicima računanja, dinamički sustavi s kompleksnim međusobnim odnosima brzo se razvijaju i rješavaju složene skupove jednadžbi na masivno paralelan način".

Elektronski oscilatori, proizvedeni od vanadijum dioksida, pronađeno je da imaju prirodnu sposobnost koja bi se mogla iskoristiti za probleme grafičkog bojanja. Kada je skupina oscilatora električki povezana preko kapacitivnih veza, oni su automatski sinkronizirani na istu frekvenciju - oscilirajući istom brzinom. U međuvremenu, oscilatori izravno međusobno povezani djeluju u različitim fazama unutar iste frekvencije, a oscilatori u istoj skupini, ali ne i izravno povezani, sinkronizirat će se u frekvenciji i fazi.

"Ako pretpostavite da svaka faza predstavlja drugačiju boju, ovaj sustav je u suštini prirodno oponašao rješenje problema s bojama grafova", rekao je Raychowdhury.

Istraživači su uspjeli stvoriti malu mrežu oscilatora za rješavanje problema s bojama grafova s ​​istim brojem objekata, koji se također nazivaju čvorovi ili vrhovi. Ali još važniji, novi sustav teoretski je dokazao da postoji veza između bojanja grafova i prirodne dinamike povezanih oscilatorskih sustava.

"Ovo je kritičan korak jer možemo dokazati zašto se to događa i da pokriva sve moguće grafikone", rekao je Raychowdhury. "Ovo otvara novi način performativnog računanja i konstruiranje novih računalnih modela, što je novitet u smislu da je riječ o računalnom pristupu temeljenom na fizici, ali predstavlja i prezentirane mogućnosti za izgradnju drugih prilagođenih analognih sustava za učinkovito rješavanje teških problema".

To bi moglo biti vrijedno za niz tvrtki koje traže računala kako bi pomogle optimizirati svoje resurse, kao što je energetska tvrtka koja želi povećati učinkovitost i korištenje ogromne električne mreže pod određenim ograničenjima.

Sljedeći korak će biti izgradnja veće mreže oscilatora koji bi mogli rješavati probleme s bojama grafova s ​​više predmeta u igri.

"Naš je cilj postići sustav sa stotinama oscilatora, što bi nas stavilo u udaljene udaljenosti od razvoja računalne podloge koja bi mogla riješiti probleme s bojama grafova, čija optimalna rješenja još nisu poznata čovječanstvu", rekla je Datta.

menu
menu