Kompanija tikina, kad kurdama kompiuterius, kurie, kaip ir mūsų smegenys, yra maitinami bei aušinami skysčių, buvo mokomasi iš gamtos, rašo BBC.
Žmonių smegenų skaičiuojamoji galia, ypač įvertinus nedidelį tūrį, yra neįtikėtina. Ir visos šios sistemos veikimui reikia vos 20 vatų energijos – toks erdvės ir sąnaudų efektyvumas yra sunkiai pasiekiamas tikslas bet kokiai dirbtinei sistemai.
Naujoji IBM „redokso srovės“ sistema pumpuoja elektrolito savybėmis pasižymintį „kraują“ per kompiuterį – ši srovė kompiuteriui pristato energiją, o iš jo vidaus šalina šilumą.
Labai supaprastintą tokio kompiuterio modelį praėjusį savaitgalį technologijų giganto laboratorijoje Ciuriche pademonstravo jo autoriai – dr. Patrickas Ruchas ir dr Bruno Michelis.
Mokslininkai tikisi, kad iki 2060 metų ant stalo buv galima pasistatyti vieno petaflopo skaičiuojamosios galios kompiuterį – dabar tokie aparatai vos sutalpinami į futbolo aikštės dydžio salę.
„Superkompiuterį norime sutalpinti į cukraus gabalėlio tūrį. Kad tai būtų įmanoma, reikalinga paradigmos kaita elektronikoje – reikia, kad mus motyvuotų smegenys. Žmogaus smegenys yra 10 000 kartų tankesnės ir efektyvesnės nei bet koks šiandieninis kompiuteris. Tai yra įmanoma dėl to, kad smegenyse naudojamas tik vienas, bet labai sudėtingas kapiliarų ir kitų kraujagyslių tinklas energijos ir šilumos pernašai“, - sakė dr. B. Michelis.
Kol kas „protingiausias“ IBM kompiuteris yra „Watson“ - jis JAV populiarioje televiktorinoje „Jeopardy“ sugebėjo įveikti du šio TV žaidimo čempionus. Ši pergalė buvo vertinama kaip kognityvinio kompiuterių mokslo lūžio taškas – kompiuteris pergudravo žmogų.
Tiesa, tos rungtynės nebuvo sąžiningos, sako dr. B. Michelis. Mat žaidime pralaimėjusių žaidėjų smegenys veikė naudodamos vos po 20 vatų energijos, o „Watson“ jos siurbė net 85 000 vatų.
Mokslininkų manymu, ateinančios kompiuterių lustų kartos esminis veikimo tikslas bus ne skaičiuojamoji galia bet kokia kaina, o energetinis efektyvumas.
Dabar įprastiniuose kompiuteriuose naudojami dvimačio silicio lustai pastaruosius 50 metų suteikė galimybę gaminti eksponentine kreive didėjančio galingumo įrenginius – laisva Moore'o dėsnio interpretacija teigia, kad per pusantrų metų kompiuterių našumas padidėja du kartus. Bet jau žinoma, jog artėjama prie silicio teorinių galimybių ribos, kuomet nebus įmanoma užtikrinti nuolat mažėjančių ir vis labiau kaistančių tranzistorių patikimo veikimo.
„Šiandienos kompiuterių pramonė sunaudoja energijos už 30 mlrd. dolerių ir ją išleidžia pro langą. Mes už 30 mlrd. dolerių kaitiname orą. 99 procentus kompiuterio tūrio užima aušinimo ir energijos tiekimo sistemos. Tik 1 procentas yra naudojamas informacijai apdoroti. Ir vis dar manome, kad gaminame gerus kompiuterius?“ - retoriškai klausia dr. B. Michelis. „Smegenys net 40 proc. savo tūrio naudoja funkciniam veikimui. Ir tik 10 proc. - energijos tiekimui bei aušinimui“.
Dr. B. Michelio visija – kompiuteryje pritaikyti naują „bioninę“ architektūrą, kurios pagrindas yra vienas iš gyvosios gamtos dėsnių – alometrinis proporcingumas, nusakantis gyvūno metabolinio efektyvumo didėjimą kartu su organizmo dydžiu.
Pavyzdžiui, dramblys sveria milijoną kartų daugiau nei pelė, bet jis sunaudoja 30 kartų mažiau energijos nei tokio dydžio pelių tabūnas ir gali atlikti užduotis, kurios pelėms yra neįveikiamos.
Iš esmės tą patį principą galima būtų taikyti ir kompiuteriuose, sako Dr. B. Michelis, kurio bioninio kompiuterio vizija remiasi trimis esminiais projektavimo elementais.
Pirmasis – trimatė architektūra, leidžianti gaminti trimates tranzistorių struktūras, tarp kurių esama ir atminties saugojimo elementų.
„Tai tarsi skirtumas tarp mažaaukščio pastato, kuris užima didelį plotą ir dangoraižio. Sumažinami susisiekimo atstumai“, - sakė IBM Ciuricho padalinio vadovas Matthiasas Kaiserswerthas.
Tiesa, šiuolaikinių lustų architektūra ne be reikalo yra dvimatė: norint išsklaidyti šilumą generuojamą vis mažėjančių tranzistorių, reikia, kad oras nuolat būtų netoliese.
Kraunant dvimačius tranzistorių sluoksnius vieną ant kito, išskiriama šiluma kaupiasi viduje – tai yra viena iš rimčiausių kliūčių, trukdančių kurti trimačius procesorius.
IBM šios problemos sprendimui siūlo integruotą aušinimą skysčiu, kuomet lustus vieną nuo kito skiria mažučiai skysčio vamzdeliai.
Aušinimo skysčiais meną pademonstravo bendrovė „Aquasar“, parengusi aušinimo sistemą Vokietijos superkompiuteriui „SuperMUC“. Paradoksalu, tačiau kompiuteriui aušinti naudojamas šiltas vanduo. Taip „SuperMUC“ energijos sąnaudos buvo sumažintos 40 procentų.
Norint sukurti kompiuterį, kuris bent iš tolo galėtų būti lyginamas su smegenimis, reikalingas ir trečias žingsnis – vieninga kompiuterio aprūpinimo energija ir aušinimo sistema.
Kraujas į ląsteles atneša kraują ir deguonį, o iš jų išneša temperatūros perteklių. IBM mokslininkai, remdamiesi šia gamtos teikiama pamoka, ieško skysčio, kuris galėtų atlikti abi užduotis.
Dabar mokslininkų naudojamoje laboratorinėje bandomojoje sistemoje geriausių rezultatų gaunama naudojant vanadį – pasigaminus kažką panašaus į nesudėtingą elektros elementą gaunamas redokso (oksidacijos-redukcijos) srautas.
Iš pradžių skystis, pasižymintis elektrolito savybėmis, yra įkraunamas elektrodais, tuomet pumpuojamas į kompiuterį, kuris iš skysčio ištraukia energiją.
Redokso srautas nėra nauja technologija. Ir ji nėra sudėtinga. Tačiau IBM yra pirmieji (ar bent jau vieni iš pirmųjų), kurie bando savo kompiuterių lustus pamaitinti tokiu „elektroniniu krauju“ ir tikisi, kad tai taps kompiuterių ateitimi – per ateinančius dešimtmečius, sistemą vis optimizuojant, galima pasiekti net zetaflopų našumą.
„Šiandieninis zetaskalės kompiuteris sunaudotų daugiau elektros energijos nei pagaminama visame pasaulyje“, - sakė dr. B. Michelis. Jis įsitikinęs, kad bioninis kompiuterio modelis padės peržengti šią milžinišką energetinę kliūtį.
Kitos ateities kompiuterių technologijas kuriančios laboratorijos susitelkė ties spintronika, kvantiniais skaičiavimais arba fotonika. Bet Ciuricho laboratorijos tūnantys mokslininkai mano, jog ateities kompiuterių modelis esame mes patys.
„Kompiuteriai mums padeda suprasti smegenis – o jeigu suprasime smegenis, galėsime gaminti geresnius kompiuterius“, - sakė IBM padalinio vadovas, kurio svajonė – pamatyti ateities „Watson“, žaidime „Jeopardy“ su žmonėmis besirungiantį vienodomis sąlygomis.
