`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Вычисления на пределе

0 
 

Одной из популярных среди специалистов в области IT тем является обсуждение пределов той или иной технологии -- полупроводниковой, магнитной и т. д. Но интересно было бы получить ответ на вопрос: а как вообще далеко в плане совершенствования компьютерных систем позволяют продвинуться законы природы?
Оказывается, соответствующие оценки были сделаны около двух лет назад специалистом отдела Mechanical Engineering Массачусетского технологического института Сетом Ллойдом (Seth Lloyd). Он поставил перед собой задачу рассчитать, какими могут быть вычислительные возможности гипотетического "предельного" компьютера массой 1 кг и объемом 1 л (что примерно соответствует характеристикам среднего ноутбука), исходя из ограничений, накладываемых постоянством скорости света в вакууме, квантовыми, термодинамическими и гравитационными эффектами и т. д. Те, кто хочет подробнее ознакомиться с работой Ллойда, могут обратиться к его статье "Ultimate physical limits to computation" (Nature 406, 1047--1054, 2000). Мы же вкратце рассмотрим основные ее положения.

Итак, максимальное быстродействие "предельного" компьютера Ллойд рассчитывал из энергетических соображений: он показал, что энергия, необходимая для выполнения за время Δt элементарной логической операции, оценивается как ΔE π2h/Δt, и вычислил производительность исходя из энергии гипотетического ноутбука E=mc2, получив в итоге 5,4258 x 1050 операций в секунду.

Что касается объема памяти, которой может быть оснащен "предельный" компьютер, то тут Ллойд использовал известную формулу для количества информации, способной храниться в системе: I=S(E)/(kBln2), где S(E) -- энтропия этой системы, оцениваемая по числу доступных физических состояний W с помощью знаменитой формулы Больцмана S= kBlnW. Ну а конечный результат здесь оказался равным 1031 битам.

Однако есть еще один нюанс: если рассчитать рабочую температуру "предельного" компьютера, то она будет порядка 109 K, т. е., по образному выражению Ллойда, такая система представляет собой "маленький Большой взрыв".

Кроме того, описанный подход предполагает, что вычисления в гипотетическом ноутбуке выполняются с высокой степенью параллелизма, которая была оценена как отношение времени передачи сигнала через весь компьютер к времени выполнения элементарной логической операции и составила 1010 (идея здесь следующая: чем больше размер системы и, соответственно, объем памяти, тем больше команд можно одновременно обрабатывать). По словам Ллойда, добиться повышения "удельного" быстродействия позволяют пространственное сжатие компьютера и уменьшение объема памяти и степени параллелизма. Здесь "предел возможностей" будет определяться уже радиусом сферы Шварцшильда, по достижении которой наш ноутбук превратится в... черную дыру. Ну а характеристики "компьютерной черной дыры" следующие: размер -- 1,485 x 10-27 м, производительность -- те же 5,4258 x 1050 операций в секунду, объем памяти -- 3,827 x 1016 бит. Единственное замечание: как подчеркивает Ллойд, чтобы проверить хотя бы принципиальную возможность создания такой вычислительной системы, необходимо разработать единую теорию квантовой гравитации (являющуюся одной из серьезнейших проблем современной физики).

Недавно ученый MIT решил пойти еще дальше и применить аналогичный подход к оценке "компьютерных ресурсов" целой Вселенной. Он поставил перед собой задачу рассчитать, сколько информации в ней может храниться и какой объем вычислений был осуществлен с момента Большого взрыва. Вернее, Ллойд попробовал определить, что за компьютер нужен для полной имитации Вселенной -- ее элементов, происходящих в ней процессов и т. д. Оказалось, что необходима система, способная "вместить" 1090 бит информации и проделать над ними 10120 операций. Похоже, такой компьютер нельзя построить даже теоретически, поскольку, по расчетам ученых, Вселенная содержит всего порядка 1080 элементарных частиц. Ну а остальные подробности -- в статье "Computational capacity of the Universe" (Physical Review Letters, 88, 237901, 2002).
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT