Теперь команда исследователей в Технологическом институте штата Джорджия и Университете Нотр-Дама создала новую вычислительную систему, которая стремится заниматься одной из самых трудных проблем вычисления в доле времени.«Мы хотели найти способ решить проблему, не используя нормальные двойные представления, которые были основой вычисления в течение многих десятилетий», сказал Ариджит Рейчоудхери, адъюнкт-профессор в Школе Технологического института Джорджии Электротехники и Вычислительной техники.
Их новая система использует сеть электронных генераторов, чтобы решить задачи окраски графа – тип проблемы, которая имеет тенденцию наполнять современные компьютеры.Детали исследования были изданы 19 апреля в журнале Scientific Reports. Исследование проводилось при поддержке Национального научного фонда, Офиса Военно-морского Исследования, Semiconductor Research Corporation и Центра Низкой Технологии энергетических систем.
«Заявления сегодня требуют быстрее и более быстрые компьютеры, чтобы помочь решить проблемы как распределение ресурсов, машинное обучение и анализ структуры белка – проблемы, которые в их ядре тесно связаны с окраской графа», сказал Рейчоудхери. «Но по большей части, мы достигли ограничений современных процессоров компьютера. Некоторые из этих проблем, которые так в вычислительном отношении трудно выполнить, компьютеру могли потребоваться несколько недель, чтобы решить».Граф, окрашивающий проблему, начинается с графа – визуальное представление ряда объектов, связанных в некотором роде.
Чтобы решить проблему, каждому объекту нужно назначить цвет, но два объекта, непосредственно связанные, не могут разделить тот же самый цвет. Как правило, цель состоит в том, чтобы окрасить все объекты в графе, используя самое маленькое количество различных цветов.В проектировании системы, отличающейся от традиционного основанного на транзисторе вычисления, исследователи взяли свои указания от человеческого мозга, где обработка обработана коллективно, такие как нервная колебательная сеть, а не с центральным процессором.«Это – понятие, что есть огромная власть в коллективном вычислении», сказал Сумен Датта, Семейный преподаватель Чанга в Колледже Нотр-Дама Разработки и одном из соавторов исследования. «В естественных формах вычисления динамические системы со сложными взаимозависимостями развиваются быстро и решают сложные наборы уравнений в широком масштабе параллельным способом».
У электронных генераторов, изготовленных от ванадиевого диоксида, как находили, была врожденная способность, которая могла использоваться для проблем окраски графа. Когда группа генераторов была электрически связана по емкостным ссылкам, они автоматически синхронизировали к той же самой частоте – колеблющийся по тому же самому уровню. Между тем генераторы, непосредственно связанные друг с другом, работали бы в различных фазах в той же самой частоте, и генераторы в той же самой группе, но не непосредственно связанные будут синхронизировать и в частоте и в фазе.
«Если Вы предполагаете, что каждая фаза представляет различный цвет, эта система по существу подражала естественно решению проблемы окраски графа», сказал Рейчоудхери, который является также профессором Юниора ON Semiconductor в Технологическом институте Джорджии.Исследователи смогли создать маленькую сеть генераторов, чтобы решить проблемы окраски графа с тем же самым количеством объектов, которые также упоминаются как узлы или вершины.
Но еще более значительный, новая система теоретически доказала, что связь существовала между окраской графа и естественной динамикой двойных колебательных систем.«Это – критический шаг, потому что мы можем доказать, почему это происходит и что он покрывает все возможные случаи графов», сказал Рейчоудхери. «Это открывает новый способ перформативного вычисления и строительства новых вычислительных моделей. Это ново в этом, это – основанный на физике вычислительный подход, но это также представляет дразнящие возможности для строительства других настроенных аналоговых систем для решения тяжелых проблем эффективно».
Это могло быть ценно к ряду компаний, ища компьютеры, чтобы помочь оптимизировать их ресурсы, такие как электроэнергетический объект, желающий максимизировать эффективность и использование обширной электрической сетки при определенных ограничениях.«Эта работа обеспечивает один из первых конструктивных способов построить непрерывное время динамические системные решающие устройства для комбинаторной проблемы оптимизации с рабочей демонстрацией, используя компактные масштабируемые post-CMOS устройства», сказал Абхинэв Пэрихэр, студент Технологического института Джорджии, который работал над проектом.
Следующий шаг построил бы большую сеть генераторов, которые могли решить проблемы окраски графа с большим количеством объектов в действии.«Наша цель состоит в том, чтобы достигнуть системы с сотнями генераторов, которые поместили бы нас в расстояние возможного удара развития вычислительного основания, которое могло решить проблемы окраски графа, оптимальные решения которых еще не известны человечеству», сказал Датта.