تاریخ کامپیوترا پر از شکسته. کامپیوتر Apple III که به عنوان یه نوآوری در طراحی تبلیغ می شد، فروشی خوبی نداشت. بازیAtari Jaguar که سازندگانش مدعی بودن ایده ای مبتکرانه داره، نتونست بازار رو تصرف کنه.  Pentium chip گل سر سبد Intel که واسه نرم افزارای سنگین طراحی شده بود، در مورد اعداد اعشاری مشکلاتی داشت.

تا مدتا راه مناسبی در مورد اندازه گیری قدرت کامپیوترا نبود، هر شرکت، سازمان و یا نهاد به شکلی خاص کامپیوترا رو ارزش گذاری می کرد. تا این که بحث FLOPS به میان اومد و تا وقتی تقریباً طولانی معیاری مساوی میان ماشینا، معماریا و سیستما حساب گشت.

فلاپس کوتاه شده تعداد عملیات نقطه شناور در ثانیه (Floating-point Operations per Second) می باشه. به زبون ساده، یه سرعت سنج  واسه یه سیستم محاسبه گر بوده و چندین دهه س که به طور زیادی رو به رشده.

چه می شد اگه کسی به شما می گفت ظرف چند سال، سیستمی روی میز کار، تلویزیون یا گوشی موبایل خود دارین که می تونه جای ابر رایانه های امروزی رو بگیره؟ اینجور قدرتی تخیلی به نظر می رسه؟ قبل از قضاوت نگاهی به تاریخ بندازین.

در ادامه مطلب با سایت ما همراه باشین.

 از سوپر کامپیوترا تا سوپرمارکتا

 پردازنده Core i7 Haswell واسه شرکت اینتل توانایی پردازش ۱۷۷ میلیارد فلاپس رو دارن که از سریع ترین ابر رایانه آمریکا در ۱۹۹۴یعنی لابراتور ملی Sandia با ۳۶۸۰ مرکز پردازش، سریع تره.

پلی استیشن ۴ توانایی عملکردی نزدیک به ۱.۸ تریلیون FLOPS به خاطر ساختار میکرو سلولی خود داره و می تونه ابر رایانه ASCI Red که در سال ۱۹۹۸ در بالاترین جایگاه بهترین رایانه ها بود رو نزدیک به ۱۵ سال بعد از زمان تولیدش تسلیم کنه.

پردازشگر Watson Al System شرکت IBM الان به بالاترین کارکرد خود یعنی ۸۰ TFLOPS رسیده که اصلا نزدیک به لیست ۵۰۰ ابر رایانه ممتاز، نزدیک هم نیس. در این لیست رایانه چینی Tianhe-2برای سومین دوره متولی با ۵۴۹۰۲ TFLOPS بازم در بالاترین جایگاه قرار داره.

سوال اینه که ابر رایانه رومیزی بعدی قراره از چه کشوری باشه؟ و مهم تر از اون چه وقتی به دست ما می رسد؟

 ورود به مرزهای توانایی

امروزه، نیروی محرکه ای که به افزایش سرعت پیشرفت منجر شده، علم مواد و معماری طراحیه: روند تولید در ابعاد نانومتر به معنی چیپای نازک تر، سریع تر و هدر رفتن کمتر انرژی به صورت گرما هستش که باعث می شه نیاز به انرژی کمتری داشته باشن.

هم اینکه با پیشرفت طراحی چند هسته ای در اواخر دهه ۲۰۰۰ خیلی از پردازندها تا تک چیپی بودن کوچیک شدن. این تکنولوژی با سیستمای محاسبه گر رو به رشد ترکیب شده و باعث گشته لیست ۵۰۰ گزینه ممتاز همیشه در حال پیشرفت باشه، پیشرفتی که تقریبا بر قانون مور منطبقه.

هر چند باید گفت که قانونای فیزیک در حال محدود کردن راه واسه پیشرفت پردازندها هستن، به حدی که Intel رو در این مورد نگران کرده.

<<ظرف مدت ۱۰ سال یا کمتر ما تماشاگر نقض قانون مور هستیم. واقعا ما کم شدن شیب قانون مور رو به عینه می بینیم. افزایش قدرت در رایانه ها نمی تونه رشد خود رو با به کار گیری تکنولوژی سیلیکون ادامه بده. دکتر Michio Kaku سال ۲۰۱۲>>

مشکل اساسی در طراحیای امروزه اینه که ترانزیستورا یا در حالت روشن (۱) یا در حالت خاموش (۰) هستن. هر بار که دریچه ترانزیستور می چرخه مجبور به از دست دادن مقداری انرژیه تا از چرخش بایستد. هر چقدر که این دریچه ها کوچکتر می شن، نسبت انرژی که واسه به کار گیری ترانزیستوره به انرژی لازم واسه چرخش دریچه بزرگ تر می شه و مشکلات گرمایی و توانایی اطمینان به وجود می بیارن. سیستم های امروزی در حال نزدیک شدن به محدودیت های فیزیکی هستن و مواد و روش طراحی هم واسه نابود کردن این محدودیتا راه حلی نداره.

تازگیا تحقیقاتی در مورد روش جدید پردازش داره انجام میشه. دو شرکت به طور خاص تونسته ان به موفقیتایی در مورد پردازش کوانتومی و نوری دست پیدا کنن. شرکتای D-Wave Systems کانادایی و Optalysys بریتانیایی که هر کدوم روش مخصوص خود رو در مواجه با مشکلات دنبال می کنن.

 وقت تغییر شده

D-Wave مصاحبه های خبری زیادی داشته و کامپیوتر مخوف و مرموز این شرکت با ظاهر تقریباً فضایی شامل چیپی عریانه که توانایی پردازشی غیر قابل تصوری داره.

در اصل، سیستم D2 یه راه حل به طور کامل متفاوت رو واسه حل مشکلات، شامل کنار گذاشتن کتاب قوانین دلیل و معلول، انتخاب کرده. به راستی این روش جدید در محاسبه و حل مسئله راه گشا میشه؟

 مرد سردرگم

به صورت کلی اگه بخواین مسائلی مثل بازار سرمایه و اقتصاد رو حل کنین، از اون جایی که راه های متفاوتی هست، با به کار گیری روشای عددی و سنتی قدیمی به جواب نمی رسین. به طور مثال، مسئله معروف "فروشنده دوره گرد" رو در نظر بگیرین. مردی می خواد با n شهر داده شده و چندین متغیر دیگه از جمله هزینه و سختی راه، کوتاه ترین راه واسه بازدید از همه شهرا رو پیدا کنین. در این مسئله فرقی نمی کنه که شما از کدوم راه حرکت کنین، چون در آخر همه شهرا رو خواهید پیمود، مسئله اصلی ترتیب ورود به شهرا هستش، این قضیه در خیلی از علوم از جمله ساخت میکروپردازندها، مدیریت جریان کالا و DNA اهمیت زیادی داره.

ولی همه این مسئله ها می تونن به روندای ساده تری تبدیل شن: یه نقطه رو انتخاب کن، راه های منتهی به نقاط دیگه رو نمایش بده، فاصله ها رو اندازه گیری کن، و در صورت وجود راه کوتاه تر به نقطه بعدی اونو انتخاب کن و تا تموم شدنش اندازه گیری راه ها ادامه بده. این یه روش حل این جوری مسائل بوده.

شاید مسائل معروف به "فروشنده دوره گرد" در اول به نظر ساده می رسند، واسه داده های کوچیک همین طوره؛ واسه ۳ شهر ۳*۲*۱=۶ راه هست و واسه ۷ شهر ۵۰۴۰ راه هست که واسه رایانه مشکلی ایجاد نمی کنه. بسیار ساده س!، تعداد راه حلای ممکن N فاکتوریل (N!) است.

هرچند اگه شما کمی قبلا برید واسه بازدید از ۱۰ شهر به بیشتر از ۳ میلیون راه برسین. وقتی که به رقم ۱۰۰ شهر دست پیدا کردین تعداد راه ها به عددی شامل یه ۹ همراه با ۱۵۷ عدد دیگه در کنار اون می رسد. تنها راه واسه مشاهده این  موضوع رسم اون در نمودارای لگاریتمیه که محور y اون، ۱(۰^۱۰)، ۱۰(۱^۱۰)، ۱۰۰(۲^۱۰) و الی آخر هستن.

اگه فکر می کنین اینطور مسائل مربوط به کشورای پیشرفته س، کافیه خودتون رو به جای سازمان پخش کننده آرد در کشور عزیزمون ایران بذارین تا فهمیده باشین که این طور مسائل چه قدر می تونن عادی و وافر باشن.

در واقع در خیلی از مسائل عددا بزرگ تر از اون هستن که بشه با ماشینای موجود امروزی یا هر ماشین دیگری که از تکنولوژی محاسبه سنتی استفاده می کنن، محاسبه شن. اما چیزی که D-Wave انجام می دهد به طور کامل فرق داره.

Vesuvius وارد می شه

چیپست Vesuvius در کامپیوتر D2 از حدود ۵۰۰ qubit یا کوانتوم بیت استفاده می کنه تا بتونه به روشی به نام پردازش کوانتومی، اطلاعات رو پردازش کنه. در Vesuvius به جای این که اطلاعات به صورت صفر و یه پردازش شن، حالت جدیدی به وجود اومده که نه صفره و نه یه، میشه گفت چیزی بین این دو، که با وجودش میشه تعریف جدیدی از الگوریتمای حل مسئله داشت.

اگه بخوایم ساده تر بگیم، این طرز از پردازش می تونه شدنی بودن راه حلای جور واجور رو به صورت همزمان بررسی کنه. مثلا توپی رو فرض کنین که از روی تپه ای به سمت دره در حال حرکته، اگه بخوایم از راه کوانتومی دریابیم که کوتاه ترین راه کدوم میشه، کافیه بفهمیم که توپ در آخر در کجا فرود میاد و بعد محاسبات رو از اون طرف انجام بدیم.

بیایید این بحثا رو کنار بذاریم و ببینیم این کوانتوم در برابر صفر و یه چه می کنه. واسه بسیاری این سوال پیش اومده که میانگین سرعت پردازش D-Wave چه قدر از کامپیوترای معمولی سریع تره. در آزمایشی که تازگیا انجام شد، یه مسئله تقریبا معمولی "فروشنده دور گرد" واسه کامپیوترای عادی نیم ساعت زمان برد تا حل شه، حدس می زنید واسه Vesuvius چه قدر زمان برد؟ نیم ثانیه.

البته قرار نیس که در آینده روی اینجور سیستمی GTA بازی کنیم. چون چگونگی پردازش داده در کامپیوترای کوانتومی به کل فرق داره و هم اینکه این کامپیوترها هدفی غیر از سرگرم کردن کاربران خونگی رو بردوش دارن.

کامپیوتر D-Wave در بخشای مخصوصی که براش طراحی شده، چندین بار سریع تر از کامپیوترای معمولی عمل می کنه. در اندازه فلاپس این کامپیوتر در مقایسه با هم قطاران صفر و یکیش که سرعت فوق العاده ۴۲۰ GLFOPS رو دارن، با سرعت عجیب ۱٫۵ Peta-FLOPS کار می کنه که باعث می شه در لیست ۱۰ کامپیوتر برتر سال قرار بگیره. شاید بزودی با گسترش پردازش کوانتوومی ملاک فلاپس هم به دلیل کوچیک بودن، کنار گذاشته شه.

این بخش از پردازش حل مسائل مخصوصا (و البته جالبی) رو مورد توجه داره. یکی از مسائل باحال و البته نگران کننده در این مورد رمز گشایی و بطور خاص رمز گشایی روابط مردم س.

حالا خوبیش اینه D-Wave طراحی شده تا روی بهبود الگوریتما کار کنه و البته محدودیتایی در برنامه نویسی اون انجام شده، بطور مثال نمیشه از چیپ Vesuvius واسه رمز گشایی الگوریتم Shore استفاده کرد که منتهی به باز شدن بی اندازه و مرز اینترنت می شه.

 محاسبات لیزری

شرکت دیگری که در بالا از اون نام بردیم Optalysys اسمشه. این شرکت بریتانیایی مسائل رو تبدیل به نور می کنه و اونا رو در کلاسای مختلفی قرار میده و از طبیعت نور واسه حل اونا بهره میگیره. ویدیو زیر توضیحاتی رو در مورد پایه کار این نوع پردازش میده.

[videojs mp4="http://cdn.digiato.com/Optalysys-Optical-Computing-Explained-by-Professor-Heinz-Wolff.mp4"]

شاید این کامپیوتر یکم بزرگ به نظر برسه، اما در واقع محققان بسیار امیدوار هستن که روزی از این رایانه ها به عنوان سیستمای خونگی و هم اینکه مثل سازیا، طراحیا و سیستمای پزشکی ( و شاید هم بازیای کامپیوتری) استفاده شه. درست مثل Vesuvius این کامپیوتر واسه تموم فرآیندای روزمره ساخته نشده، اما از پایه قرار هم نبوده که این کارا رو بکنه.

واسه درک بهتر از راه پردازش نوری میشه اونو مثل یه پردازنده گرافیکی یا همون GPU فرض کرد. GPUای جدید از راه های تازه واسه پردازش چندین داده جور واجور به صورت هم زمان استفاده می کنن. این واحد از پردازش موظفه داده هایی رو تحلیل کنه که از بخشای متفاوتی از سیستم اومده ان و کارایی متفاوتی دارن. معماری این پردازنده چیزی مثل کارت گرافیکا هستش اما به صورتی بزرگ تر و گسترده تر داده هایی مثل داد و ستدای بازار سرمایه و یا شبکه عصبی رو محاسبه می کنه.

Optalsys داده های مشابه رو در دسته برابر قرار میده، بعد اونا رو به صورت نور مرئی در می آورد. هر داده با پالسی خاص و مقدار تابشی خاص. همه اینا با یه هماهنگی فوق العاده عمل میکنن که باعث صرفه جویی عالی در وقت و انرژی می شه.

نمونه اولیه دستگاه از ۵۰۰ در ۵۰۰ واحد از پردازندهای ۲۰ هرتزی استفاده می کنه تا داده ها رو پردازش کنه. این سیستم ۲۵۰۰۰۰ واحدی می تونه با توان ۴۰ GFLOPS کار کنه. پیشرفت دهندگان این دستگاه سرعت ۳۴۰ GFLOPS رو واسه سال بعد مورد توجه دارن که واسه این تعداد واحد پردازنده مقداری فوق العاده س.

ابر کامپیوتر من کجاس؟

تاریخ رایانه ها نشون داده که نتیجه تحقیقات محققان و آزمایشگاهای سازمانا و دولتا در مورد کامپیوترا، خیلی سریع راه خود رو به خونهای مردم باز می کنه. بدیش اینه همین تاریخ کامپیوترا چیزی در مورد محدودیتای فیزیکی طراحیا نمی گه.

شاید D-Wave و Optalsys دقیقا همون تکنولوژیایی نباشن که ۵ تا ۱۰ سال دیگه روی میز کارمون قرار می گیرن. در نظر داشته باشین که اولین ساعت مچی هوشمند سال ۲۰۰۰ ساخته شد، اما نمونه های بعدی سال ۲۰۱۳ روونه بازار شدن. به هر حال کامپیوترای کوانتومی و نوری اگه هم راهی به بازار نداشته باشن، تجربه ای هستن واسه رهروان راه پردازندها.

مواد مصرفی در رایانه در حال نزدیک شدن به مرز زیست ماده ها هستش. به کار گیری ساختاری مثل DNA واسه طراحی نانو پردازندها خواب و خوراک رو از بعضی محققان گرفته. نانو تکنولوژی در راه قدم نهاده تا بجای این که "داده ها" پردازش شن، خود ماده شامل و نمایانگر و پردازنده اطلاعات باشه.

یه لیوان آب خنک بخورین. دنیا پر از تکنولوژیای جدیده که در جهتای بعضی وقتا متفاوت قدم بر می دارن. فکر می کنین قراره نتیجه این تحقیقات به کجا برسه؟ ساعتمان می تونه جای کیس مون رو بگیره؟ نظرات خود رو با ما در میان بذارین.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *