Wat is reversibel computergebruik?
Aangezien de dichtheden en schakelsnelheden van onze rekenapparatuur exponentieel blijven toenemen, moet de hoeveelheid energie die door deze apparaten wordt gedissipeerd op een bepaald niveau blijven, anders is economisch onpraktisch koelapparaat vereist. Conventionele computers voeren thermodynamisch onomkeerbare logische bewerkingen uit, d.w.z. het is niet mogelijk eerdere machinetoestanden te extrapoleren op basis van informatie uit toekomstige toestanden. Informatie, in de vorm van bits, wordt gewist. Deze bitwissing vertegenwoordigt entropie, die gecorreleerd is met warmteafvoer.
Omdat we steeds geavanceerdere technieken gebruiken om onze geïntegreerde schakelingen te ontwerpen, is de energiedissipatie per logische bewerking voortdurend gedaald. Maar rond 2015 zal de ontwikkeling een fundamentele barrière bereiken - de kT-barrière - die een hoeveelheid energie vertegenwoordigt die wordt berekend door de temperatuur van de computeromgeving (in het algemeen kamertemperatuur, of ~ 300 Kelvin) te vermenigvuldigen met de constante van Boltzmann. De enige manier om deze barrière te penetreren, is door ofwel de temperatuur van onze computers te verlagen of thermodynamisch omkeerbare computers te ontwikkelen die geen entropie genereren en daarom niet bijna evenveel warmte afvoeren als conventionele, onomkeerbare computers.
Omkeerbare computers maken is een aanzienlijk aantrekkelijkere optie dan koeling omdat het verlagen van de computeromgeving tot de laagst haalbare temperatuur (~ 0 Kelvin) de energiedissipatie per volume-eenheid slechts met twee ordes van grootte vermindert, terwijl het bouwen van omkeerbare computers de energiedissipatie mogelijk maakt willekeurig verminderd.
Door computers te bouwen die omkeerbare logische bewerkingen uitvoeren, kunnen willekeurig lage niveaus van warmteafvoer worden bereikt. Het nadeel is dat omkeerbare architecturen behoorlijk ingewikkeld kunnen worden. Naarmate 2015 dichterbij komt en de computerindustrie de kT-barrière begint te naderen, is het waarschijnlijk dat compilers zullen worden ontworpen om het aantal thermodynamisch omkeerbare bewerkingen binnen conventionele computerarchitecturen te maximaliseren. Wanneer we computers gaan overwegen die zijn opgebouwd uit zeer kleine en snelle logische poorten, zoals bij nanocomputing, wordt omkeerbaarheid een essentieel kenmerk om de energiedissipatie op een aanvaardbaar niveau te houden.
Onderzoek naar omkeerbaar computergebruik vandaag wordt gepionierd door MIT, wiens Pendulum Project specifiek is gemaakt om een volledig omkeerbare computerarchitectuur te ontwikkelen. Aangezien de maximaal haalbare computerefficiëntie noodzakelijkerwijs bestaat uit omkeerbare architecturen, is dit onderzoeksgebied onmisbaar als de kracht en het rendement van onze computers zal blijven toenemen.