Очень многие специалисты по компьютерной технике приходят в настоящее время к выводу, что распространенная архитектура компьютеров не единственно возможная, а, может быть, и не самая эффективная. В частности, это связано с выходом разработок в нанообласть, на уровень отдельных атомов и молекул. В качестве одной интересной альтернативы предлагаются клеточные автоматы. Последние представляют собой массивы простых, идентичных компонентов или клеток, каждая из которых может принимать одно из двух состояний (соответствующих, например, 0 и 1), т.е. кодировать информацию, а цепные реакции вдоль последовательностей клеток могут служить передаче этой информации, позволяя, тем самым, выполнять и логические операции. Многие исследователи полагают, что компьютеры на такой основе будут чрезвычайно быстрыми, будут использовать значительно меньше энергии, выделять меньше тепла, иметь меньше соединений и обладать переконфигурируемостью, недоступной современным компьютерам.

Достоинство клеточных автоматов заключается в том, что клетки могут создаваться в больших количествах, например, с использованием недорогих реакций химического синтеза вместо сравнительно дорогого фотолитографического процесса.

Одну из моделей такого компьютера предложили недавно исследователи из Национальной лаборатории Лос-Аламоса. В ней биты информации представляются микроскопическими торнадоподобными электрическими токами или вихрями, удерживаемыми в сверхпроводящих ямках. Механизм состоит из узкой клетки и пары широких. Вихри последних имеют тенденцию отклоняться вправо и влево, соответственно. Приложение электрического поля к широким клеткам приводит к изменению вертикальных положений всех трех клеток, т.е. производит изменения их битовых состояний. По мнению авторов идеи, такой механизм может быть реализован практически уже к концу десятилетия. Работа была опубликована в журнале Physical Review Letters (Vol. 90, 247004, 2003). Препринт статьи: xxx.lanl.gov/pdf/cond-mat/0211302.

Иным путем предложили пойти ученые из Communications Research Laboratory в Японии. Особенностью их модели является то, что клетки имеют форму квадрата и, таким образом, могут кодировать четыре бита. Также задаются девять правил, управляющих взаимодействием клеток. Эти правила сравнимы с основными логическими операциями современных компьютеров. Но, в отличие от последних, логические элементы на клеточных автоматах не требуют наличия синхронизирующих часов. Для них понятие оверклокинга потеряет всякий смысл. Для таких компьютеров большее значение приобретает программирование, чем создание самих компонентов.

Кроме того, по мнению Фердинанда Пепера, одного из авторов разработки, клеточные компьютеры будут способны производить интенсивные параллельные вычисления и смогут использоваться для экспериментов по искусственному интеллекту, моделирования физических систем со множеством взаимодействующих частиц и для решения других сложных вычислительных задач.

По заявлению ученых, прототип такого компьютера может быть создан уже в течение 5-7 лет. Но для практического внедрения потребуется еще не менее 20 лет. В качестве физической основы для создания клеточного компьютера рассматриваются квантовые точки или разработанные недавно в IBM молекулярные каскады.

Работа была опубликована в мартовском выпуске журнала Nanotechnology (Vol. 14, 469-485, 2003). Описание проекта и четыре демо-файла на странице: www-karc.crl.go.jp/d336/english/about/06.html.

Сергей САНЬКО,
[email protected]