مدار مجتمع بر پایه تئوری آشوب

🔰نوید به افزایش هزاران برابری توانمندی پردازنده‌های رایانه🔰

 

پژوهشگران دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی مدارهای مجتمع غیرخطی تازه‌ای بر پایه‌ی «تئوری آشوب» ساخته‌اند که تراشه‌های کامپیوتری را توانمند می‌سازد تا چندین کار را با تعداد کمی ترانزیستور انجام دهند. این مدارهای مجتمع می‌توانند با فرایندهای ساخت موجود ساخته‌شده و پردازنده‌هایی را به‌وجود آورند که کار بسیار بیشتری را با مداری با  ترانزیستورهای بسیار کمتری انجام دهند. 

 

بر پایه‌ی «قانون مور»، برای حفظ توان پردازش، باید هر ۲سال یکبار شمار ترانزیستورهای مدارهای مجتمع را دو-برابر کرد. در گذشته این هدف با کوچک‌کردن اندازه‌ی ترانزیستورها به دست می‌آمد ولی کوچک‌شدن نمی‌تواند تا همیشه انجام شود؛ صنعت نیمه‌هادی به دنبال روشهایی برای ساخت رایانه‌های بهتر است.

 

"بهنام کیا"، پژوهشگر ارشد فیزیک در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و نویسنده نخست مقاله، درباره‌ی این کار چنین میگوید: ما به مرزهای فیزیک برای کوچک‌کردن اندازه‌ی ترانزیستورها نزدیک می‌شویم و باید به دنبال روشهایی نو برای بهبود کارکرد ریزپردازنده‌ها باشیم. ما بهره‌گیری از  "تئوری آشوب"--غیرخطی بودن‌ ذاتی سیستم- را برای این کار پیشنهاد می‌دهیم تا بتوان ترانزیستورها را برای انجام کارهای گوناگون برنامه‌ریزی کرد. یک مدار ترانزیستوریِ ساده دارای الگوهای بسیاری است. «الگوهای گوناگونی که بتوانند برای کارهای گوناگون به کار روند» همزمان در یک مدار ترانزیستوری وجود دارد و می‌توان آنها انتخاب کرد. "ما از این رفتار پویای ترانزیستور برای انجام کارهای پردازشی گوناگون «با یک مدار» بهره‌برداری کرده‌ایم و بنابراین از چیز "کمی که هست "بسیار" برداشت کرده‌ایم.

 

کیا و همکارش ویلیام دیتو، پروفسور فیزیک و رییس دانشکده علوم، روی مفهوم سازی، طراحی، توسعه و ساخت یک تراشه‌ی مدار مجتمع کار کرده‌اند، تراشه‌ای که دارای مدار ترانزیستوری غیرخطی برای انجامِ همزمانِ چندین محاسبه‌ی دیجیتال باشد.

 

بطور سنتی، هر مدار ترانزیستوری تنها یک کار را انجام می‌دهد. پردازنده‌های کامپیوتر با دادن عملگر و عملوندهای یک دستور به مدار ترانزیستوری یک دستور را انجام می‌دهند. در طراحی کیا، مدار ترانزیستوری می‌تواند با برنامه‌ریزی و شکل‌گیری برای عملگر و عملوندهای گوناگون، دستورهای گوناگونی، انجام‌دهد.

 

به گفته‌ی کیا: " در پردازنده‌های کنونی، از همه‌ی توانایی مدار مجتمع در همه‌ی زمانها بهره‌برداری نمی‌شود و این هدررفت منابع است. در طراحی ما، مدار به تندی به شکل و چیدمان تازه‌ای درمی‌آید و می‌تواند در زمانِ میان دو "clock" (در هر سیکل‌ساعت) کار خواسته شده را انجام دهد. قلب این طراحی یک مدار ترانزیستوری غیرخطی است، ولی ارتباط‌ها با مدار دیجیتال انجام می‌شود که این امکان را به مدار می‌دهد تا به عنوان یک مدار کاملا شکل‌پذیر با دیگر بخش‌های دیجیتال کار کند.

 

این پژوهشگران راهکار تازه‌ای برای پردازش آفریده‌اند که با فناوری‌های کنونی سازگار بوده و می‌تواند با ابزارهای طراحی و ساخت تراشه‌های کنونیِ رایانه‌ها ساخته شده و به بهره‌برداری تجاری برسد.

 

به گفته‌ی کیا: ما براین باوریم که این تراشه پاسخگوی چالشِ "نیاز به توان پردازش بیشتر" با تعداد کمتری ترانزیستور خواهد بود.❗️۱۰۰ مدار مجتمع غیرخطیِ آشوبی، توانایی انجام کاری برابر با ۱۰۰هزار مدار را دارد؛ یا ۱۰۰میلیون ترانزیستور٬ کاری برابر با  بیش از سه‌میلیارد ترانزیستور را انجام می‌دهند؛ که نویدی است بر گسترش "قانون مور"؛ نه با دو برابر کردن شمارگان ترانزیستورها در هر دو سال یکبار، بلکه با توانمندسازی ترانزیستورها برای انجام کار بیشتر با به‌کارگیری مدارهای غیرخطی آشوبی.

 

به گفته‌ی دیتو: ما در حال نزدیک‌شدن به اندازه‌ها و توان و برنامه‌ریزیِ آسان طراحی نوآورانه‌مان هستیم که مورد پذیرش بازار باشد و می‌تواند در چندماه آینده، با برنامه‌ی طراحی و ساخت سه ماهه‌ی ما، به جایگاه تجاری درخوری برسد.

 

🔚پی‌نوشت: تئوری آشوب شاخه‌ای از ریاضی است که پویایی‌ سامانه‌هایی که بسیار به شرایط اولیه حساس هستند را بررسی می‌کند. "ادوارد لورنتز" آشوب را چنین تعریف می‌کند: اگر، حال آینده را به دقت مشخص کند ولی حدود آینده نزدیک به حدود حال نباشد آشوب وجود دارد. در سیستمهای آشوبی می‌توان پاسخی بزرگ با تحریکی کوچک دریافت کرد.🔸