Sirkuit baru memecahkan beberapa masalah intensif komputasi dengan energi minimum
Computer

Sirkuit baru memecahkan beberapa masalah intensif komputasi dengan energi minimum


n / a Kredit: NIST

Dari pola percabangan urat daun hingga berbagai jalur yang saling berhubungan yang menyebarkan virus corona, alam berkembang pesat di jaringan — jaringan yang menghubungkan berbagai komponen sistem kompleks. Jaringan mendasari masalah kehidupan nyata seperti menentukan rute paling efisien bagi perusahaan angkutan untuk mengirimkan obat-obatan penyelamat jiwa dan menghitung jumlah mutasi terkecil yang diperlukan untuk mengubah satu untai DNA menjadi yang lain.

Alih-alih mengandalkan perangkat lunak untuk menangani teka-teki yang intensif secara komputasi ini, para peneliti di National Institute of Standards and Technology (NIST) mengambil pendekatan yang tidak konvensional. Mereka membuat desain untuk sistem perangkat keras elektronik yang secara langsung mereplikasi arsitektur berbagai jenis jaringan.

Para peneliti mendemonstrasikan bahwa sistem perangkat keras yang mereka usulkan, menggunakan teknik komputasi yang dikenal sebagai logika balapan, dapat memecahkan berbagai teka-teki kompleks dengan cepat dan dengan pengeluaran energi minimum. Logika ras membutuhkan lebih sedikit daya dan memecahkan masalah jaringan lebih cepat daripada komputer tujuan umum yang bersaing.

Para ilmuwan, termasuk Advait Madhavan dari NIST dan University of Maryland di College Park dan Matthew Daniels dan Mark Stiles dari NIST, menjelaskan pekerjaan mereka dalam Volume 17, Edisi 3 (Mei 2021) dari Jurnal ACM tentang Teknologi yang Muncul dalam Sistem Komputasi.

Fitur utama dari logika balapan adalah bahwa ia mengkodekan informasi secara berbeda dari komputer standar. Informasi digital biasanya dikodekan dan diproses menggunakan nilai bit komputer — “1” jika pernyataan logika benar dan “0” jika salah. Ketika bit membalik nilainya, katakanlah dari 0 ke 1, itu berarti bahwa operasi logika tertentu telah dilakukan untuk menyelesaikan masalah matematika.

Sirkuit baru memecahkan segudang masalah intensif komputasi dengan energi minimum

Kredit: NIST

Sebaliknya, logika balapan mengkodekan dan memproses informasi dengan merepresentasikannya sebagai sinyal waktu — waktu di mana sekelompok bit komputer bertransisi, atau membalik, dari 0 ke 1. Sejumlah besar bit flips adalah penyebab utama konsumsi daya yang besar di komputer standar. Dalam hal ini, logika balapan menawarkan keuntungan karena sinyal yang dikodekan dalam waktu hanya melibatkan sedikit pembalikan bit yang diatur dengan hati-hati untuk memproses informasi, membutuhkan daya yang jauh lebih sedikit daripada sinyal yang dikodekan sebagai 0 atau 1.

Komputasi kemudian dilakukan dengan menunda beberapa sinyal waktu relatif terhadap yang lain, ditentukan oleh fisika sistem yang diteliti. Misalnya, sekelompok pengemudi truk yang berangkat dari titik A dan harus mengantarkan obat ke titik E secepat mungkin. Kemungkinan rute yang berbeda melewati tiga persimpangan — sebut saja B, C, dan D. Untuk menentukan rute yang paling efisien, sirkuit logika balapan mengevaluasi setiap segmen perjalanan yang memungkinkan, seperti AB dan AD. Jika AB membutuhkan lebih banyak waktu untuk bepergian daripada AD, apakah itu karena jalurnya lebih panjang atau memiliki lebih banyak lalu lintas, AB akan diberi waktu tunda yang lebih lama. Dalam desain tim, waktu tunda yang lebih lama diterapkan dengan menambahkan resistansi tambahan ke segmen yang lebih lambat.

Logika balapan memang melibatkan balapan, namun dalam kontes ini semua pengemudi truk awalnya berkendara ke arah yang berbeda. Untuk menentukan rute mana ke tujuan akhir yang tercepat, mereka berlomba di semua rute yang memungkinkan melalui titik pengiriman perantara yang berbeda. Di sirkuit baru, para peneliti NIST memasukkan sekelompok sinyal yang dikodekan waktu di titik awal, masing-masing bertindak sebagai penggerak berbeda yang mempercepat sirkuit perangkat keras yang disimulasikan tim.

Setiap kali seorang pengemudi tiba di salah satu titik tujuan perantara dalam perlombaan, sistem model mengirimkan pengemudi baru (sinyal waktu baru) yang menyebar ke berbagai arah ke tujuan yang tersisa. Jika seorang pengemudi tiba di tujuan yang telah dikunjungi oleh pengemudi lain, pengemudi tersebut keluar, karena jalurnya tidak lagi kompetitif. Pemenang perlombaan — pembalap pertama yang tiba di akhir sirkuit — menunjukkan solusi untuk teka-teki tertentu yang diprogram oleh perangkat keras untuk dipecahkan.

Sirkuit baru memecahkan segudang masalah intensif komputasi dengan energi minimum

Kredit: NIST

Madhavan mulai merintis pekerjaan pada sirkuit logika ras saat menjadi mahasiswa pascasarjana di University of California, Santa Barbara, pada 2016. Sistem pertama tersebut menggunakan sirkuit khusus dan chip silikon yang dirancang untuk mensimulasikan jaringan tertentu, seperti manipulasi DNA, dan oleh karena itu dapat menyelesaikannya. hanya sejumlah masalah terkait jaringan yang terbatas.

Di NIST, Madhavan dan rekan-rekannya telah mulai mengerjakan sirkuit logika ras yang lebih maju. Simulasi yang dilakukan oleh Madhavan, Daniels dan Stiles menunjukkan bahwa desain mereka, yang belum dimasukkan ke dalam perangkat yang berfungsi, dapat menangani kelas jaringan yang lebih luas, memungkinkan logika balapan menangani berbagai teka-teki komputasi yang lebih luas. Teka-teki ini termasuk menemukan penyelarasan terbaik antara dua protein atau dua untai nukleotida — molekul yang membentuk blok penyusun DNA — dan menentukan jalur terpendek antara dua tujuan dalam sebuah jaringan.

“Kami menunjukkan cara menggunakan memori, yang belum pernah digunakan dalam implementasi logika ras sebelumnya, untuk membuat komputer temporal yang lebih umum,” kata Stiles. “Memasukkan memori akan memungkinkan kami menangani masalah kelas yang luas dengan chip logika balapan berikutnya yang akan kami buat,” tambahnya.


Masa depan mesin ‘hidup’ yang direkayasa dan bermanfaat?


Informasi lebih lanjut:
Advait Madhavan dkk, Mesin Status Temporal: Menggunakan Memori Temporal untuk Menjahit Komputasi Grafik Berbasis Waktu, Jurnal ACM tentang Teknologi yang Muncul dalam Sistem Komputasi (2021). DOI: 10.1145 / 3451214

Disediakan oleh Institut Standar dan Teknologi Nasional

Kutipan: Sirkuit baru memecahkan beberapa masalah intensif komputasi dengan energi minimum (2021, 11 Mei) diambil 11 Mei 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-05-circuitry-multiple-computational-intensive-problems.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.




Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran HK