Создан прообраз устройства для ассоциативных вычислений

Современные вычисления построены на двоичной, или Булевой, логике, однако в новой компьютерной архитектуре, предложенной междисциплинарным коллективом ученых и инженеров, информация записывается в частоте и фазе периодических сигналов, что больше напоминает работу человеческого мозга.

Прообразом будущих систем «ассоциативных вычислений» стал осциллирующий коммутатор, изготовленный инженерами-электротехниками Пенсильванского университета (Penn State) из тонкой пленки сверхчистого диоксида ванадия, помещенной на основу из диоксида титана.

Для генерирования устройством колебаний было использовано свойство диоксида ванадия переходить из состояния металлического проводника в фазу полупроводника и обратно под воздействием тепла или электрического тока, а для стабилизации работы на протяжении миллиардов циклов к системе был добавлен последовательный резистор.

При соединении двух таких осцилляторов было замечено, что постепенно они начинают колебаться в униссон. Именно такая связанная система может быть положена в основу не-булевых компьютеров.

«Вы можете наблюдать то же самое во многих биологических системах, — пишет один из авторов исследования в статье, вышедшей 14 мая в издании Scientific Reports. — Так, вначале беспорядочные вспышки мужских особей светлячков со временем, по непонятным причинам, синхронизируются».

Мозг представляет собой подобную же сеть из узлов с биологической синхронизацией, которая в процессе эволюции оптимизировалась для обработки информации.

Массив осцилляторов может хранить данные, к примеру, о цвете волос, их длине и текстуре кожи. Если другая зона осцилляторов содержит ту же структуру данных, они начинают синхронизироваться, давая на выходе степень совпадения.

Задачи распознавания образов вполне по плечу и современным цифровым компьютерам, но для их решения требуется множество транзисторов и большое количество энергии.

По прогнозам авторов работы, понадобится еще от семи до десяти лет для того, чтобы увеличить масштабы сети с сегодняшних двух-трех связанных осцилляторов, до 100 миллионов, требующихся для создания нейроморфных компьютерных чипов. Для этого прежде всего предстоит решить вопросы, связанные с интеграцией диоксида вольфрама в современные технологии производства кремниевых пластин.

Одним из определяющих преимуществ новых устройств — скорее аналоговых, чем цифровых — станет их крайняя экономичность: потребление энергии компьютером можно будет сократить примерно в 100 раз.