Исследования в области мемристоров, ведущиеся в лабораториях Hewlett-Packard, третий год удерживаются в фокусе внимания индустрии. Одним из их результатов согласно предсказаниям оптимистично настроенных экспертов станет пересмотр закона Мура: благодаря мемристорным компьютерам полуторагодичный цикл удвоения вычислительной вооруженности человечества может сократиться до нескольких месяцев. Действительно ли изобретение мемристоров знаменует собой поворотный пункт в истории ИТ?
0 IMP 0 = 1
0 IMP 1 = 1
1 IMP 0 = 0
1 IMP 1 = 1
|
|
Таблица значений и схема реализации оператора импликации (результат определяется по состоянию мемристора Q после подачи импульсов VCOND и VSET) |
|
|
В начале апреля Стэнли Уильямс (Stanley Williams) из научно-исследовательского подразделения HP Labs (www.hpl.hp.com) в соавторстве с группой сотрудников опубликовал в авторитетнейшем журнале Nature вторую статью о мемристорах, вновь открытых базовых схемотехнических элементах, являющихся своеобразными сопротивлениями с функцией памяти (отсюда их название: memristor = = memory + resistor). Напомним, что статья 2008 г. (см. ko.com.ua/36224) была преимущественно посвящена описанию характеристик мемристоров от HP и перспективам, открываемым ими в среднесрочной перспективе для проектирования запоминающих устройств, превосходящих на много порядков флэш-память по удельной емкости, быстродействию и кратности записи.
Главная тема новой публикации, пожалуй, более сенсационна. Достаточно сказать, что многие ИТ-блоги и новостные сайты отреагировали на нее заголовками, объявляющими о важном прорыве в исследованиях в области ИИ, а также предвещающими отправку понятия ЦПУ на свалку технической истории. В этот раз Уильямс сотоварищи обнародовал результаты успешного испытания логического вентиля с очень простой схемой (на основе пары мемристоров и одного сопротивления), реализующего так называемый оператор материальной импликации (IMP). Подобно традиционно применяемой в схемотехнической практике паре NAND и NOR, этот оператор обладает вычислительной универсальностью: иными словами, любая логическая функция может быть представлена как суперпозиция некоторого множества операторов IMP.
Под влиянием управляющих сигналов IMP-вентили могут динамически формироваться и группироваться в пространстве решетчатой структуры микросхемы памяти, сообщая ей способность не только хранить, но и обрабатывать информацию. Бескомпромиссная реализация этой идеи может породить компьютерную архитектуру, применительно к которой вопрос о количестве ядер или процессоров утрачивает смысл: головокружительно инновационное программное обеспечение будет устанавливать соотношение между объемом оперативной памяти и вычислительной мощностью в зависимости от специфики решаемой задачи.
Такая архитектура действительно напоминает мозг, каждый нейрон которого, по современным представлениям нейрофизиологов, отчасти работает как вычислитель, а отчасти реализует функцию памяти. Является ли это сходство достаточным основанием для того, чтобы пророчить мемристорным компьютерам роль аппаратной платформы искусственного разума? Некоторые эксперты отвечают на этот вопрос утвердительно. К примеру, группа профессора Вея Лу (Wei Lu) из Мичиганского университета уже готова предъявить научному сообществу модель самообучающейся нейронной сети на основе мемристоров.
Здесь же стоит упомянуть проект SyNAPSE, развернутый агентством DARPA с целью исследования «нейроподобных» электронных устройств, перспективных для моделирования нервной и психической деятельности. Сотрудники HP, присоединившиеся к SyNAPSE в прошлом году, обещают опубликовать результаты своих исследований в ближайшие месяцы.
|
Классическая «водопроводная метафора», используемая школьными преподавателями физики для наглядного объяснения темы «электричество», сравнивает проводник с трубой, резистор – с краном, конденсатор – с резиновой грушей и т. д. Мемристор в ее рамках оказывается подобен так называемому игольчатому вентилю, снабженному приводимой в движение потоком воды крыльчаткой. В зависимости от направления течения вода либо открывает вентиль, постепенно уменьшая его «сопротивление», либо закрывает его. В какой мере игольчатые вентили, изобретенные в XIX в. и похожие на нейрон не меньше мемристора, приблизили наступление эры искусственного интеллекта? Этот риторический вопрос неплох для противопоставления чрезмерно оптимистичным реляциям маркетологов из HP. |
Надо сказать, что статьи Уильямса интересны не только содержанием, но и формой: каждая из них – достойный восхищения образец применения методов вирусного маркетинга, нацеленных на охочую до новостей из мира высоких технологий массовую аудиторию. Так, первая из них возводит историю мемристоров к событиям сорокалетней давности, а именно к теории Леона Чуа (Leon Chua) из Калифорнийского университета в Беркли, объявившего базовый электросхематический набор (сопротивление, индуктивность и конденсатор, соотносящие, соответственно, ток с напряжением, ток с магнитным полем и заряд с напряжением) неполным из-за отсутствия в нем элемента, который устанавливал бы соответствие между зарядом и магнитным полем.
С подачи Уильямса широко разошлась обманчиво простая табличка, напоминающая периодическую систему размером 2×2, где мемристору отводится роль недостающего четвертого элемента. К сожалению, ее информативность близка к нулю, ибо понять, какое отношение может иметь работа мемристора к магнитному полю, может только профессиональный теоретик в области электросхемотехники.
Вторая статья апеллирует к авторитету Бертрана Рассела, уделившего большое внимание универсальности оператора импликации в фундаментальном трактате Principia Mathematica (1910 г.). Однако при этом не упоминается, что причиной повышенного интереса к импликации для философа служила ее связь с учением о силлогизмах, а отнюдь не вычислительные преимущества оператора IMP, которых он не имеет. К примеру, оператор эквивалентности p EQ q выражается через него довольно громоздкой формулой: ((p IMP q) IMP ((q IMP p) IMP 0)) IMP 0).
Как бы то ни было, дважды опубликоваться в Nature для ученого примерно то же, что для спортсмена – дважды победить на Олимпийских играх: если одну медаль можно списать на везение, то вторая – не оставляющее места сомнениям свидетельство мирового лидерства. Согласно оптимистическим прогнозам первые мемристорные компоненты будут пущены в промышленное производство лет через десять. Не за горами Нобелевская премия?
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
Очень интересная и познавательная статья. Большое спасибо автору.