Getty Images
Исследователи из Калифорнийского университета и Туринского политехнического университета опубликовали в журнале Science важную статью, напрямую связанную с будущим компьютерной индустрии. Их работа посвящена мем-компьютерам – принципиально новой схеме электронного вычислительного устройства, информация в котором хранится и обрабатывается аналогично тому, как это происходит в мозге, то есть в одних и тех же ячейках. Исследования в области мем-компьютинга ведутся уже более десяти лет, но впервые, как утверждают ученые, им удалось смоделировать работающий прототип такой системы.
А это приближает момент, когда мем-компьютеры не только помогут нам лучше понять устройство и принципы работы собственного мозга, но также сэкономят человечеству уйму энергии и похоронят на свалке истории флешки, ускорив запись информации в сто тысяч раз
Как это работает
Работа обычных компьютеров построена на так называемой архитектуре фон Неймана. Вычисления в них работают как конвейер – шаг за шагом перебрасывая данные из процессора в память и обратно. Создатели мем-компьютеров стремятся объединить обработку и хранение информации в одном месте, чтобы избежать ее излишней переброски.
Как и где именно мозг хранит информацию, на этот вопрос у науки пока нет ответа. Поиск специально отведенного под память пространства не увенчался успехом: известно, что в работе памяти играют роль и кора, и подкорковые структуры, и височные доли, и гиппокамп, и многие другие структуры. Более того, по современным представлениям, память – это непрерывный процесс образования и изменения нейронных связей, происходящий во многих отделах мозга одновременно.
И хотя знаем мы об этих процессах не так много, тем не менее известно, что в отличие от машин наш мозг хранит и обрабатывает информацию не в разных местах, а в одних и тех же структурах – нейронах и их соединениях (синапсах).
Основная идея работы мем-компьютеров, или, если быть точнее, вычислений в памяти заключается как раз в таком хранении и обработке в одном месте.
«Представьте, что у нас имеется большая электронная цепь, система, состоящая из электронных “нейронов” или просто мем-элементов, которые соединены между собой, как нервные клетки соединены посредством синапсов, – говорит в интервью Slon профессор Калифорнийского университета Лоренсо Траверсо, соавтор исследования. – Когда к этой системе прикладывается внешнее напряжение, статическое или динамическое, свойства мем-элементов цепи начинают меняться, влияя друг на друга. Преимущество мемристоров в результате в том, что их можно создать очень много, соединить в цепь и использовать для параллельных вычислений».
От младенчества до первой школьной парты мем-компьютерам придется пройти аналогичные человеческим пять-семь лет
К созданию такой системы международная группа ученых, чья статья была опубликована в журнале Science, шла несколько лет. Основой в новом компьютере служат мем-устройства – особые резисторы (мемисторы), конденсаторы и катушки. Первое из них, мемристор, было теоретически описано еще сорок лет назад, однако создать его удалось только в 2008 году. У разработчиков тогда появился резистор, изменяющий свое сопротивление в зависимости от силы тока, проходившего через него в прошлом. Тогда же авторы показали, как, соединяя и комбинируя мем-устройства, можно получить вычислительную машину, мощность которой не ограничивается постоянным перебрасыванием данных из памяти в процессор и обратно. В феврале ученые опубликовали первый популярный разбор мем-компьютеров в журнале Scientific American, и вот теперь разработка получила полноценное научное обоснование.
