Was ist Reversible Computing?

Wenn die Dichten und Schaltgeschwindigkeiten unserer Rechengeräte exponentiell zunehmen, muss die von diesen Geräten abgeleitete Energie auf einer bestimmten Ebene bleiben, ansonsten ist wirtschaftlich unpraktisches Kühlapparat erforderlich. Konventionelle Computer führen thermodynamisch irreversible logische Operationen durch, dh nicht möglich, frühere Maschinenzustände zu extrapolieren, die ausschließlich auf Informationen aus zukünftigen Zuständen basieren. Informationen in Form von Bits werden gelöscht. Diese Bitlöschung stellt die Entropie dar, die mit der Wärmeableitung korreliert ist. Die Entwicklung von 2015 wird jedoch eine grundlegende Barriere erreichen - die KT -Barriere -, die eine Energiemenge darstellt, die durch Multiplizieren der Temperatur der Computerumgebung (im Allgemeinen Raumtemperatur oder ~ 300 Kelvin) mit Boltzmanns Konstante berechnet wird. Die einzigeDie Möglichkeit, diese Barriere zu durchdringen, besteht darin, entweder die Temperatur unserer Computer zu senken oder thermodynamisch reversible Computer zu entwickeln, die keine Entropie erzeugen und daher nicht annähernd die Wärme wie konventionelle, irreversible Computer auflösen.

Erstellen reversibler Computer ist eine signifikant attraktivere Option als das Abkühlen, da die Verringerung der Computerumgebung auf die niedrigste erreichbare Temperatur (~ 0 Kelvin) die Energieabteilung pro Volumeneinheit nur um zwei Größenordnungen verringert, während die Aufbau reversibler Computer die Energieabteilung ermöglicht, die Energieabteilung beliebig reduziert zu werden.

Durch Erstellen von Computern, die reversible logische Operationen ausführen, können willkürlich geringe Wärmeableitungen erreicht werden. Der Nachteil ist, dass reversible Architekturen ziemlich kompliziert werden können. Als 2015 nähert und die Computerindustrie sich der KT -Barriere nähert, ist es liKely, dass Compiler so konzipiert werden, dass die Anzahl der thermodynamisch reversiblen Operationen innerhalb herkömmlicher Computerarchitekturen maximiert wird. Wenn wir anfangen, Computer in Betracht zu ziehen, die aus sehr winzigen und schnellen Logikstunden hergestellt wurden, wie bei Nanokomputierung, wird die Reversibilität zu einem wesentlichen Merkmal, um die Energieverletzung auf tolerierbaren Ebenen zu halten.

Forschung im heutigen Reversible Computing wird von MIT Pionierarbeit, dessen Pendelprojekt speziell erstellt wurde, um eine vollständig reversible Computerarchitektur zu entwickeln. Da die maximal erreichbaren Computerwirksamkeiten notwendigerweise aus reversiblen Architekturen bestehen, ist dieser Forschungsbereich unverzichtbar, wenn die Macht und Wirtschaft unserer Computer weiter steigen wird.