الرئيسية - مساحة المقالات - علوم الحاسب - هل وصلنا إلى حدود القدرات الحاسوبية ؟

هل وصلنا إلى حدود القدرات الحاسوبية ؟

أحدثت الحواسيب منذ ظهورها في أربعينيات القرن العشرين حيث كانت معزولة (آلات بحجم الغرفة مُصممة للاستخدام العسكري والعلمي ) تقدّماً سريعاً باتجاه التطور وتحولاً جذرياً في الصناعة، التجارة، الترفيه والحكم بينما تقلصت لتصبح عبارة عن بواباتٍ يمكنك أن تحملها بيدك، وتأخذك لكل مكان في العالم.

لقد كان هذا التقدّم مُقاداً من خلال قدرة الصناعة على الابتكار المُستمر للتقنيات لتضمين كمياتٍ مُتزايدة من الدارات الحاسوبية في شرائح أصغر وأكثر كثافة. ولكن مع وجود معالجات الحواسيب المُصغرة التي تحتوي الآن على ملايين الترانزستورات المتراصة ضمن أبعاد ذرية، يواجه مصممو الشرائح الإلكترونية عوائق هندسية وأساسية قد أصبحت حواجزاً تحول دون مواصلة تحسين أداء الحاسوب.

هل وصلنا إلى حدود القدرات الحاسوبية؟

قام Igor Markov من جامعة Michigan في مقال في مجلة Nature لهذا الأسبوع،  بمراجعة العوامل التي تحد من تطور الأنظمة الحاسوبية، للمساعدة في تحديد ما يمكن تحقيقه، موضحاً أنه مازال هناك مجال واسع  للتطوير عن طريق استخدام التقنيات الحديثة. وقد تم تمويل بحثه جزئياً من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم.

“كما اكتُشف القانون الثاني للديناميكا الحرارية من خلال اكتشاف المحركات الحرارية أثناء الثورة الصناعية، نحن مستعدون لتعريف القوانين الأساسية التي من الممكن أن تُعيِّن حدود الحوسبة في عصر المعلومات الحالي” كما يقول Sankar Basu (مدير برمجيات في مؤسسة (NSF) للحاسوب والهندسة وعلوم المعلومات)”تدور ورقة Markov حول هذا السؤال الفكري المهم في عصرنا وتتطرق إلى معظم الأبحاث العلمية المؤدية إليه”.

يلخص هذا المقال ويتناول القيود في مجالات التصنيع، الهندسة، التصميم، الطاقة، الحرارة، الزمن، المساحة، المعلومات والتعقيد الحاسوبي.

يتساءل Markov: “ما هي هذه الحدود؟ وهل تقبل بعض هذه الحدود المفاوضة؟ على أي من الافتراضات تعتمد؟ وكيف يمكن التغلب عليها؟ بمعرفة كل المعلومات اللازمة حول حدود الحساب والعلاقات المعقدة بين هذه الحدود من المهم أن نقيس في مواجهتها كل التقنيات المهيمنة والناشئة”.

إن الحدود المتعلقة بالمواد والتصنيع قابلة للإدراك بشكل مباشر. إن فقدان ذرة واحدة من طبقة بسماكة عشر ذرات بسبب دقة التصنيع المنخفضة يغير المعاملات الإلكترونية بنسبة عشرة في المئة أو أكثر. إن تقليص التصاميم إلى هذا الحد يوصلنا إلى فيزياء الكم والحدود المتعلقة بها.

تعتمد الحدود المتعلقة بالهندسة على قرارات التصميم، القدرات التقنية والقدرة على التحقق من صحة التصاميم. لكن في الحقيقة، إن هذه الحدود يصعب تكميمها. لكن بمجرد فهم مسببات هذا العائق يصبح بالإمكان إزالة العقبات التي تحد من التطور. وكان أحد هذه التجارب في تخطي العقبات، كتابة برنامج ليجد الخلل في التصاميم، يشخصه ويعمل على إصلاحه.

أما بالنسبة للحدود المتعلقة بالاستطاعة والطاقة فقد دُرست لسنوات عديدة، و لكن مؤخراً فقط وجد مصممو الرقائق طرقاً لتحسين استهلاك المعالجات للطاقة وذلك من خلال إيقاف مؤقت لبعض أجزاء الرقاقة عن العمل. وهناك العديد من الحيل الذكية لتوفير الطاقة أثناء عملية الحوسبة. و لكن في سبيل التقدم، إن رقائق السيلكون لن تحافظ على وتيرة التطور دون تغيرات جذرية. تقترح الفيزياء الذرية احتمالات مثيرة للاهتمام لكنها أبعد من القدرات الهندسية الحالية.

يمكن أن نشعر بالحدود المتعلقة بالزمان والمساحة مع الممارسة. تحد سرعة الضوء (مع أنها عدد كبير جداً) من سرعة نقل البيانات. ليس بمقدور أي إشارة تنتقل عبر الأسلاك النحاسية والترانزستورات المصنوعة من السيلكون أن تجتاز شريحة ما خلال نبضة زمنية واحدة. هناك صيغة ما تحد من عمليات الحوسبة المتوازية وتربطها بحجم الجهاز، سرعة التواصل وعدد الأبعاد كان معروفاً منذ أكثر من 20 سنة، لكن مؤخراً فقط أصبح من المهم معرفة أن الترانزستورات هي أسرع من الوصلات الداخلية. لهذا السبب يتم العمل على تطوير بدائل للأسلاك التقليدية، لكن في الوقت نفسه يمكن استخدام التقنيات الرياضية لتقليص طول الأسلاك من خلال إعادة ترتيب الترانزستورات والعناصر الأخرى.

لقد وصلنا إلى العديد من الحدود الرئيسية المتعلقة بالمعلومات والتعقيد الحسابي مع وصولنا إلى الحواسيب الحديثة. وقد صُنفت بعض الفئات من المهام الحسابية على أنها صعبة الحل لأنه لا توجد تقنية مقترحة، وحتى الحوسبة الكمومية لا تقدم المساعدة المطلوبة. ولكن دراسة كل مهمة على حدة غالباً ما يساعد على إعادة صياغتها للحصول على حوسبة أكثر فعالية.

عندما يظهر عائق معين يعيق التقدم، فإن فهم هذا العائق هو مفتاح التحايل عليه. سيستمر تطوير الرقاقات الإلكترونية خلال السنوات القليلة القادمة، لكن كل خطوة للأمام ستظهر عقبات خطيرة، وسيكون بعضها من الصعب التحايل عليه.

ماذا عن التقنيات المتقدمة؟ يمكن للتقنيات والمواد الحديثة أن تكون مفيدة بعدة طرق ويمكن أن تكون هي العناصر التي ستغير قوانين اللعب مع المحافظة على الحدود التقليدية. على سبيل المثال، توفر الترانزستورات المصنوعة من أنابيب الكربون النانوية قوة حافزة كبيرة، تقلل من التأخير، تخفض استهلاك الطاقة وتقلص مساحة الدارة. من ناحية أخرى، إن الحدود الجوهرية في بعض الأحيان تعيق ظهور التقنيات الجديدة، لذلك من المهم أن نفهمها قبل أن نَعِد بثورة جديدة في القدرة، الأداء والعوامل الأخرى.

كما يقول Markov :” إن فهم هذه العوائق الجوهرية سوف يساعدنا في الرهان على التقنيات والتكنولوجيا الحديثة”.

المصدر: phys.org

يمكنكم الاطلاع على الورقة البحثية المنشورة بمجلة Nature: اضغط هنا

عن Ahmad

Avatar

2 تعليقان

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

x

‎قد يُعجبك أيضاً

[هواوي ضد العالم] الشركة الصينية تبدأ إيجاد حلول تساعد على تجاوز أزمتها

أعلنت حكومة الولايات المتحدة الأمريكية مؤخرًا عن إدراج هواوي ضمن قائمة وزارة التجارة الأمريكية للشركات ...