Co je to reverzibilní výpočetní technika?

Vzhledem k tomu, že hustoty a rychlosti přepínání našich výpočetních zařízení nadále exponenciálně rostou, musí množství energie rozptýlené těmito zařízeními zůstat na určité úrovni, je nutné jinak ekonomicky nepraktické chladicí aparát. Konvenční počítače provádějí termodynamicky nevratné logické operace, to znamená, že není možné extrapolovat předchozí stavy strojů založené pouze na informacích z budoucích států. Informace ve formě bitů jsou vymazány. Tento bit vymazání představuje entropii, která je korelována s rozptylem tepla. Kolem roku 2015 však vývoj dosáhne základní bariéry - KT bariéry - což představuje množství energie vypočítané vynásobením teploty výpočetního prostředí (obecně teplota pokojové nebo 300 Kelvin) Boltzmannovou konstantou. JedinéZpůsob, jak proniknout do této bariéry, je snížit teplotu našich počítačů nebo vyvinout termodynamicky reverzibilní počítače, které negenerují entropii, a proto se rozptýlí téměř tolik tepla jako konvenční, nevratné počítače.

Vytváření reverzibilních počítačů je výrazně atraktivnější možností než chlazení, protože snižování výpočetního prostředí na nejnižší dosažitelnou teplotu (~ 0 Kelvin) snižuje pouze rozptyl energie na jednotku objemu o dva řády, zatímco budování reverzibilních počítačů umožňuje, aby se rozptyl energie snížil arbitrárně.

.

Budováním počítačů, které provádějí reverzibilní logické operace, lze dosáhnout libovolně nízkých úrovní rozptylu tepla. Nevýhodou je, že reverzibilní architektury se mohou stát docela komplikovanými. Když se rok 2015 blíží a odvětví výpočtu se začíná přiblížit k bariéře KT, je to LiKely, že kompilátory budou navrženy tak, aby maximalizovaly počet termodynamicky reverzibilních operací v konvenčních výpočetních architekturách. Když začneme uvažovat o počítačích konstruovaných z velmi malých a rychlých logických bran, jako v nanokomputu, reverzibilita se stává nezbytnou funkcí pro udržení rozptylu energie na tolerovatelných úrovních.

Výzkum v reverzibilním výpočtu dnes je průkopníkem MIT, jehož projekt kyvadla byl speciálně vytvořen, aby navrhl plně reverzibilní výpočetní architekturu. Vzhledem k tomu, že maximální dosažitelná efektivita počítače je nutně tvořena reverzibilními architektury, je tato oblast výzkumu nezbytná, pokud se síla a ekonomika našich počítačů bude i nadále zvyšovat.