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宾州州立大学研制出新型模拟计算设备 能耗仅为目前数字系统的1%
宾州州立大学研制出新型模拟计算设备 能耗仅为目前数字系统的1%
作者:刘霞 | 2014/5/16 13:55:07 | 浏览:1087 | 评论:0

宾州州立大学研制出新型模拟计算设备 能耗仅为目前数字系统的1%
共振开关的演示,这种共振开关是新型低能耗模拟计算的基础。

  目前的计算机采用的是二进制逻辑:使用0和1来进行存储和计算,这种被称为布尔计算的计算方法有两大弊端:需要耗费大量能源并使用无数晶体管。现在,美国科学家研制出一种新型计算体系,其能将信息存储在周期信号的频率和相位内。研究人员表示,这类计算体系相对来说更像人脑,只需要耗费很少的能源就能进行计算。研究结果发表在5月14日出版的《科学报告》杂志上。

  二氧化钒(VO2)从导电的金属变为绝缘的半导体(以及相反的过程)只需少量热或电流。宾夕法尼亚州立大学的研究人员利用这一特性,将一层二氧化钒薄膜置于一块二氧化钛基座上,研制出了一块振荡开关。该研究的主要领导者、博士生尼克·苏卡拉接着使用标准的电子工程学技巧,朝这种氧化设备添加一系列电阻器,目的是稳定其振荡频率,当苏卡拉朝第二个同样的振荡系统添加电阻器时,他发现,随着时间的推移,这两套设备开始一起振动。他们认为,这种耦合系统有望成为非布尔计算的基础。

  据每日科学网5月15日(北京时间)报道,苏卡拉在接受采访时表示:“这套系统被称为一个小世界网络。我们可以在很多生物系统内发现这种小世界网络。例如某些萤火虫就是如此,刚开始,雄性萤火虫会随机发光,但随后,因为某些不知道的原因,它们会一起发光。大脑也是一个由紧密簇拥在一起的节点(处理信息)组成的小世界网络。”

  苏卡拉的导师苏曼·达塔补充道:“生物共振随处可见。我们希望用其来研制不同类型的计算—联合处理,这是一种模拟而非数字的计算方式,且能耗非常低。”

  达塔继续解释道,例如,一系列共振器能存储某人的头发颜色、身高和皮肤类型等不同内容。如果第二个共振区域拥有同样的内容,它们将开始共振,而且,匹配程度也能被读取出来。达塔正与他人合作,探索使用这些耦合共振来解决视觉识别问题,他们认为,与现有的嵌入式视觉处理方法相比,这一方法的效率更高。

  达塔认为,目前的网络仅由2到3个耦合共振器组成,要想升级到一亿个共振器紧密簇拥成的网络从而制造出神经形态计算芯片或许需要7到10年时间。新设备的优势在于,作为一种新型计算方法,其能耗仅为目前数字计算的1%。科学家们还需要进行更进一步的研究,弄清楚二氧化钒是否能被整合进目前的硅晶圆技术内。斯卡拉总结道:“不管怎样,最新研究是制造模拟而非数字计算的基础研究。”

总编辑圈点评

  二进制本是一种非常古老的进位制,由于在现代被用于电子计算机中,从而得以旧貌换新颜,变得身价倍增起来。如今,盛行多时的“二进制”计算时代或将风光不在?听起来总觉得不那么靠谱。不过,在能源越来越紧张的当下,降低能耗才是王道。“二进制”能耗高的弊端,终究会成为其继续前行的羁绊,计算方法不再有0、1之分或许也是大势所趋。文中所述的新型模拟计算设备,虽尚不成熟,但鉴于优点颇多,姑且给予一段时间来检验吧。

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