Биологические компьютеры могут решить самую большую проблему современных технологий. Объяснение в человеческом организме, наша энергоэффективность
Технологическая промышленность сталкивается с серьезной проблемой: чрезмерное потребление энергии. В настоящее время центры обработки данных, персональные компьютеры и интеллектуальные устройства используют около 3% глобального электроэнергии, и при разработке ИИ этот спрос увеличится в геометрической прогрессии. Но что, если бы мы могли создать более эффективные компьютеры, вдохновленные биологическими механизмами человеческого тела? Исследователи предлагают революционное решение: биологические компьютеры, способные работать с минимальным потреблением энергии и решают сложные проблемы принципиально иначе от современных компьютеров.
Этот подход основан на том факте, что биологические системы оптимизированы для энергоэффективности. В отличие от современных компьютеров, которые чрезвычайно потребляют для быстрого обработки информации, био-калькуляторы могут использовать альтернативный подход: работать параллельно, с миллионами процессов одновременно с более медленной скоростью, но с затратами на энергию вблизи минимального теоретического предела.
Почему текущие компьютеры потребляют столько энергии?
Основная проблема современной технологии заключается в том, что высокая скорость расчета включает огромное потребление энергии. Закон физика Рольфа Ландауэра, сформулированный в 1961 году, показывает, что каждая логическая операция, выполняемая компьютером, требует минимальной энергии. Тем не менее, современные процессоры, которые работают на частотах миллиардов циклов в секунду, потребляют миллиарды раз больше энергии, чем этот теоретический предел.
Причина проста: чем быстрее вычислительный процесс, тем больше энергии он требует. Традиционные компьютеры работают последовательно, выполняя операции один за другим, и этот подход, хотя и чрезвычайно эффективный с точки зрения скорости, генерирует огромное количество тепла, требуя сложных систем охлаждения.
Одним из решений было бы заменить классический «кроличий» модель-A Единый ультра-ультрастрабильный процессор с «черепахой», который представляет собой огромное количество обработчивых единиц, работающих параллельно, каждая из которых потребляет гораздо меньше энергии. Таким образом, мы получаем такой же конечный результат, но при значительно сниженной стоимости энергии.
Биологические компьютеры: вдохновлены механизмами человеческого тела
Перспективной моделью для энергоэффективных компьютеров является биокракул, основанный на моторных белках, молекулах, которые выполняют механические функции внутри клеток. В этой системе используются биопленки-тонкие молекулярные структуры, которые перемещаются через искусственно созданный нанометрический лабиринт, одновременно изучая множество возможных способов решения проблемы.
Эта технология идеально подходит для решения комбинаторных задач, таких как оптимизация маршрутов или программирование задач, которые чрезвычайно сложны для традиционных компьютеров. Эксперименты показали, что такие биологические компьютеры могут работать с энергопотреблением в 1000 до 10000 раз ниже, чем электронный процессор.
Причиной этой необычайной эффективности является то, что моторные белки развивались, чтобы использовать именно столько энергии для эксплуатации, без отходов. В то время как транзистор работает в миллиардах циклов в секунду, эти биологические системы работают в миллион раз медленнее, но поскольку миллиарды отдельных подразделений работают одновременно, конечный результат достигается с минимальным потреблением энергии.
Что следует для будущего компьютеров?
В этот момент биологические компьютеры все еще находятся на этапе исследования, но эксперты считают, что их можно масштабировать с помощью существующих технологий в полупроводниковой промышленности. Более того, биомолекулы могут нести информацию уникальным образом, такую как маркировка ДНК, которая может открыть новые направления в обработке данных.
Другим дополнительным подходом является нейроморфный расчет, который пытается подражать архитектуре человеческого мозга. Мозг использует только несколько энергетических ватт для выполнения сложных задач, и попытки ответить на эту эффективность в компьютерах могут добиться значительного прогресса в информационных технологиях.
Даже если биокомпьютеры не будут полностью заменять традиционные компьютеры, они могут стать нишевым решением для конкретных задач, которые требуют снижения энергии и большой мощности обработки. В не очень отдаленном будущем мы могли видеть комбинации биокомпьютеров и традиционных процессоров, создавая системы нового поколения, способных сбалансировать скорость, эффективность и потребление энергии.
Если эта технология будет разработана в больших масштабах, компьютеры будущего могут стать гораздо более устойчивыми, что значительно снижает влияние на окружающую среду. Пришло время, чтобы в корне переосмыслить то, как мы рассчитываем и изучили возможности, предлагаемые биологией для создания завтрашнего дня, согласно Livescience.
