Современные технологии производства полупроводников сталкиваются с двумя большими проблемами: проблемой мощности и проблемой архитектуры. Об этом заявил Ли Хунгэ из Бэйханского университета в Пекине, возглавляющий группу исследователей гибридных чипов. Проблема мощности возникает из фундаментального противоречия — хотя двоичные системы эффективны при передаче информации, они потребляют большое количество энергии. Проблема архитектуры вызвана тем фактом, что новые, некремниевые чипы не могут взаимодействовать с традиционными системами на основе КМОП (комплементарных металл-оксид-полупроводников) без дополнительных ухищрений.

Команда профессора Ли занимается поиском альтернативных путей с 2022 года. Инновация, о которой они сообщили, основана на новой числовой системе — гибридного стохастического числа, — которая объединяет традиционные двоичные числа со стохастическими или вероятностными числами.

Двоичная логика, основа современных вычислений, представляет переменные с помощью нулей и единиц и опирается на точные арифметические операции. Однако крупномасштабные двоичные вычисления требуют значительных аппаратных ресурсов. Гибридное стохастическое число (HSN) объединяет свойства двоичных и стохастических чисел. Как пояснил профессор Ли, стохастические вычисления выражают значения через вероятность того, что в течение заданного периода времени логический сигнал КМОП останется «высоким». Другими словами, частота импульсов высокого уровня представляет собой числовую вероятность, пишет SCMP.

Это первое исследование, в котором анализируются и объединяются математические отношения между двоичными числами, традиционными стохастическими числами и гибридными стохастическими числами. Оно конструирует математические представления для всех трех систем и анализирует их характеристики, включая отказоустойчивость, помехоустойчивость и энергоэффективность.

Работа закладывает основу для новой вычислительной парадигмы, прокладывая путь к решению проблем мощности и архитектуры в кремниевых вычислительных чипах.

Такая технология уже применяется в таких областях, как распознавание касаний, вывод информации на приборных панелях, вычисления в системах управления полетом. Расширенный набор инструкций и архитектура гибридных стохастических вычислений обеспечат новые возможности, в том числе, обработку голоса и изображений, ускорение больших моделей ИИ и различные формы сложных вычислений. Выделенные операторы на чипе могут снизить задержку до уровня микросекунд, удовлетворяя потребности в выделенной аппаратной производительности и гибких программных вычислениях одновременно.

Для выполнения сложных расчетов квантовым компьютерам требуются десятки тысяч кубитов и громадные криогенные установки, что делает квантовые вычисления очень дорогими. Свой вариант решения этой проблемы предложила команда ученых из Оксфорда. Они соединили квантовой телепортацией два простых квантовых компьютера, расположенные в двух метрах друг от друга, заставив их стать единой системой.