En el espacio dentro de un chip de computadora, donde la electricidad se convierte en información, hay una frontera científica. La misma frontera se puede encontrar dentro de una celda, donde la información toma la forma de concentraciones químicas. Los avances recientes en el campo de la física estadística sin equilibrio tienenreveló vastas áreas de investigación escondidas dentro de la "termodinámica de la computación". Los avances en este campo, que involucra elementos de física estadística, ciencias de la computación, biología celular y posiblemente incluso neurobiología, podrían tener consecuencias de gran alcance para la forma en que entendemos, yingeniero, nuestras computadoras.
Para poner en marcha esta investigación de línea, los científicos del Instituto Santa Fe y sus colaboradores han lanzado un wiki en línea para colaboración. Esta semana también publicaron un artículo que resume cuidadosamente los avances recientes y preguntas abiertas relacionadas con la termodinámica y la computación.
"Las restricciones termodinámicas en todos los sistemas que realizan cómputo proporcionan desafíos importantes para el diseño moderno de las computadoras", escriben los investigadores en el párrafo inicial de la wiki, diseñado para "servir como un centro y un lugar de reunión para todos los interesados"Continúan describiendo la magnitud de la energía consumida por las computadoras y los desafíos de ingeniería que resultan cuando una parte de esa energía se pierde como calor residual. La wiki también compara los cálculos naturales, realizados por células o cerebros humanos, con los cálculos artificiales,que son notablemente menos eficientes.
La investigación retoma el trabajo de Rolf Landauer, quien en 1961 postuló que para borrar un solo bit de información, un 1 o un 0, se debe perder una cierta cantidad de energía en forma de calor.conocido por los informáticos y ha llevado a una máxima informal para evitar la eliminación de bits siempre que sea posible.
Yendo más allá del costo de Landauer, el nuevo artículo trata de transmitir que "hay más en la termodinámica de la computación que un simple borrado", dice el coautor Joshua Grochow, de la Universidad de Colorado Boulder. El artículo, publicado en el boletín informáticoSIGACT News, presenta factores adicionales que podrían afectar la forma en que la energía fluye dentro y fuera de los átomos durante un cálculo.
Para llegar a otros científicos que podrían estar interesados en seguir una termodinámica de la computación, Grochow y el coautor David Wolpert del Instituto Santa Fe catalogan algunas de las nuevas herramientas de la física estadística que se aplican a sistemas sin equilibrio, como las computadoras.
"Parte de lo que estamos tratando de hacer con este documento es reunir las lecciones de la estadística [física] sin equilibrio en los últimos 20 años de manera que aclare cuáles son las nuevas preguntas computacionales", explica Grochow. Espera queAl presentar lo que ahora se conoce sobre la relación entre la termodinámica y los procesos microscópicos que ocurren durante la computación, el documento "atraerá a los informáticos a trabajar en una nueva generación de preguntas".
Una de estas preguntas implica cómo "ajustar" termodinámicamente las computadoras a las entradas que tienen más probabilidades de encontrar. Grochow da el ejemplo de una calculadora que está termodinámicamente optimizada para entradas de cadena aleatorias de 32 bits equivalente a un valor decimal de 10dígitos. La mayoría de los usuarios humanos no ingresan entradas que requieren ninguno de los bits más altos. Si la calculadora fuera rediseñada para "esperar" menos de 32 bits, ¿desperdiciaría menos energía en forma de calor?
Más allá de la precisión de un cálculo, Grochow dice que la cantidad de memoria que requiere un cálculo y cuánto tiempo lleva el cálculo son otros aspectos que podrían afectar su eficiencia termodinámica.
Wolpert espera que su investigación se expanda para incorporar otros avances recientes de la física estadística, como la ecuación de Jarzinski. Esta ecuación proporciona un puente probabilístico entre el mundo de macroescala, donde la entropía solo puede aumentar, y el mundo de microescala, dondeno. Algunos transistores de computadora son lo suficientemente pequeños como para existir entre estas macro y micro escalas.
"Estamos ampliando la teoría de la informática, que originalmente fue motivada por los sistemas del mundo real, a otros aspectos de esos sistemas en los que nunca antes había pensado", dice Wolpert.
La teoría podría conducir a avances de ingeniería que permitirían máquinas más frías y más potentes, como computadoras de exascala e incluso pequeños robots de enjambre. También podría afectar la sostenibilidad de la tecnología informática.
"Las computadoras ahora usan una fracción no trivial de energía en los países del primer mundo", dice Grochow. "Dado que la informática continuará creciendo, reducir la energía que consumen es muy importante para reducir nuestra huella energética general".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Santa Fe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :