Blíží se konec křemíkových čipů?

Již téměř půl století umožňuje provoz počítačů křemík. Jeho používání ale pravděpodobně jednou skončí. Kromě jiného i z důvodu Mooreova zákona (Moore´s law). Podle něj se počet křemíkových tranzistorů každé dva roky zdvojnásobuje a počet tranzistorů, které se vtěsnají do jednoho čipu, má svůj limit. Dalším důvodem je boom v oblasti schopnosti strojů učit se (machine learning) a současně fakt, že bude třeba zpracovávat stále více dat. Energie, vložená do provozu výkonných počítačů využívajících křemík, má výrazně vzrůst.

The Semiconductor Industry Association odhaduje, že při pokračujícím trendu by spotřeba energie počítačů převýšila do roku 2040 celkovou světovou spotřebu. Proto výzkumné skupiny na celém světě vyvíjejí alternativní systémy, které by mohly zpracovávat ohromná množství dat i bez využívání křemíku. Všichni se snaží, aby nové čipy byly menší a energeticky účinnější.

Mozek jako vzor

Julie Grollierová vede výzkumnou skupinu v laboratoři UMPhy lab se sídlem blízko Paříže; ta zkoumá, jak by bylo možné využít nanozařízení připomínající lidský mozek. Pro výpočty využívá nepatrné magnetické částice, které umějí rozpoznávat vzory (specifically pattern recognition). Jsou-li magnetické částice velmi malé, stávají se nestabilními a jejich magnetická pole začínají oscilovat. Tyto oscilace po zavedení proudu začali využívat k základním výpočtům.

Vědkyně věří, že by nová technologie mohla rozeznávat vzory mnohem rychleji, než ty současné. Nový postup by byl rovněž energeticky méně náročný – oproti křemíkovému zařízení spotřebuje magnetický autooscilátor stonásobně méně energie. Magnetické částice jsou navíc až 10 000krát menší.

Světelná stopa

Jinou alternativu ke křemíkovým čipům představuje využití světla. Igor Carron začal v Paříži zkoušet v prosinci 2015 počítač Light On, který má mít optický systém a bude zpracovávat objemné soubory dat. Přístroje s učícím se algoritmem a s využitím matematické metody označované jako „random projection“ budou tato data zpracovávat mnohem snadněji. Nejde o novinku – metoda je známa již od roku 1984, pro křemíkové čipy však vyžaduje příliš mnoho výpočtů.

Nyní Carron se svými spolupracovníky zkoumá, jak celou operaci využívající světlo reálně uskutečnit. Domnívá se, že přístroje, které se mohou učit, aniž potřebují rozměrné procesory, umožní odstartovat přenosné počítačové programování (wearable computing). Mohly by přitom přispět k vývoji „internetu věcí“ (internet of things), kdy jsou počítače součástí běžných zařízení, která by tak nemusela předávat data ke zpracování datovým centrům, ale zpracovávala by je sama.

Nanotechnologie

Technologie vyvíjené Julií Grollierovou nebo Igorem Carronem však nejsou jedinými alternativami rozvoje počítačových čipů. Vědecký tým z kalifornské Standford University vyvinul čip, který obsahuje 178 tranzistorů z uhlíkových nanotrubiček. Ve srovnání s křemíkovými tranzistory umožňují jejich elektrické vlastnosti vývoj mnohem efektivnějších přepínačů.

Začátkem roku 2016 použili výzkumníci z izraelské Ben Gurion University a Georgia Institute of Technology dokonce DNA k vývoji nejmenší diody na světě, což je pro počítače nezbytná elektronická komponenta.

V oblasti strojového učení nicméně dosahují vysoce výkonné křemíkové počítače zpracovávající obrovská množství dat stále ještě znatelného pokroku. Jejich využití má ale do budoucna zcela jistě hranice.

Podle: Hal Hodson: Making light work of AI. New Scientist, 2016, č. 3088, s. 20.