Hva er Reversible Computing?

Ettersom tettheten og koblingshastigheter for våre beregningsapparater fortsetter å øke eksponentielt, må energimengden som spredes av disse enhetene forbli på et visst nivå, ellers er økonomisk upraktisk kjøleapparat nødvendig. Konvensjonelle datamaskiner utfører termodynamisk irreversible logiske operasjoner, det vil si at det ikke er mulig å ekstrapolere tidligere maskintilstander utelukkende basert på informasjon fra fremtidige tilstander. Informasjon, i form av biter, slettes. Denne bit-sletting representerer entropi, som er korrelert med varmespredning.

Etter hvert som vi bruker stadig mer avanserte teknikker for å designe våre integrerte kretsløp, har energispredningen per logisk operasjon stadig falt. Men rundt 2015 vil utviklingen nå en grunnleggende barriere - kT-barrieren - som representerer en mengde energi beregnet ved å multiplisere temperaturen i beregningsmiljøet (vanligvis romtemperatur, eller ~ 300 Kelvin) med Boltzmanns konstante. Den eneste måten å trenge gjennom denne barrieren er å enten senke temperaturen på datamaskinene våre eller å utvikle termodynamisk reversible datamaskiner som ikke genererer entropi og derfor ikke sprer nesten like mye varme som konvensjonelle, irreversible datamaskiner.

Å lage reversible datamaskiner er et betydelig mer attraktivt alternativ enn avkjøling fordi å senke databehandlingsmiljøet til den laveste oppnåelige temperaturen (~ 0 Kelvin) bare reduserer energispredningen per volumenhet med to størrelsesordrer, mens å bygge reversible datamaskiner gjør det mulig for energispredningen å være redusert vilkårlig.

Ved å bygge datamaskiner som utfører reversible logiske operasjoner, kan vilkårlig lave nivåer av varmespredning oppnås. Ulempen er at reversible arkitekturer kan bli ganske kompliserte. Når 2015 nærmer seg og databehandlingsindustrien begynner å nærme seg kT-barrieren, er det sannsynlig at kompilatorer vil være designet for å maksimere antall termodynamisk reversible operasjoner innen konvensjonelle databehandlingsarkitekturer. Når vi begynner å vurdere datamaskiner konstruert fra veldig bittesmå og raske logiske porter, som i nanokomputering, blir reversibilitet en viktig funksjon for å holde energispredning på tolerable nivåer.

Forskning innen reversibel databehandling i dag blir pioner av MIT, hvis Pendulum-prosjekt ble spesielt opprettet for å utvikle en fullt reversibel databehandlingsarkitektur. Siden den maksimale oppnåelige datamaskineffektiviteten nødvendigvis består av reversible arkitekturer, er dette forskningsområdet uunnværlig hvis datamaskinens kraft og økonomi vil fortsette å øke.