We naderen de limiet voor hoeveel meer microprocessors kunnen worden ontwikkeld. Gunnar Tufte stelt voor om computers op een geheel nieuwe manier te bouwen, geïnspireerd door het menselijk brein en nanotechnologie.

Gunnar Tufte is een professor in computertechnologie, maar zijn onderzoek heeft hem in een aantal verrassende richtingen gebracht. Hij is nu hoofd van een project dat heroverweegt hoe de computers van morgen moeten worden gebouwd - geïnspireerd door neurowetenschap en natuurkunde.

Tufte noemt computers een wonder in de moderne wereld, maar denkt dat hun transistors de pensioengerechtigde leeftijd naderen.

"Het is tijd om computers te heroverwegen. In principe ze worden nog steeds op dezelfde manier gebouwd als 60-70 jaar geleden, ' zegt Tuffe.

Tufte gelooft dat de structuur van het menselijk brein de architectuur voor de computers van de toekomst kan inspireren:zelforganiserend en gebouwd van niet-traditionele materialen.

Hij heeft het niet over een cyborg, dat is een mix van technologie en biologie.

Al meer dan 50 jaar, de snelheden van microprocessoren zijn elke twee jaar verdubbeld. Tufte denkt dat het niet mogelijk zal zijn om dat agressieve tempo veel langer vol te houden. Het verminderen van het aantal componenten maakt machines onbetrouwbaar. Door het aantal onderdelen te vergroten, worden ze energie-intensief. Een typisch datacenter verbruikt evenveel stroom als 40 000 huishoudens, en de toenemende complexiteit van de machines maakt ze te duur om te vervaardigen.

Kijk naar de hersenen

De NTNU-professor gelooft dat het brein eigenschappen heeft die computers zouden moeten hebben.

"De hersenen leveren stabiele prestaties, ook al zijn de onderdelen onstabiel, het vereist weinig energie en heeft een zelforganiserend ontwerpproces. Als het ons lukt om dergelijke eigenschappen van neurale netwerken naar computers over te brengen, we zullen een revolutie teweeg kunnen brengen in de manier waarop we computers maken, " hij zei.

Tufte legt uit dat het brein veel van dezelfde taken doet als computers:het verwerkt informatie, oefent controle uit en heeft geheugen. Maar de structuur is totaal anders. Hersencellen zijn zelforganiserend, en ze maken hun eigen architectuur en passen zich voortdurend aan, zonder enig algemeen plan, hij zei.

"Een cel is zowel geconstrueerd als constructeur. Neurale netwerken zijn complex, maar beginnen eenvoudig. Het organisme past zich aan aan de omgeving en de wereld. Als we machines bouwen, is het tegenovergestelde het geval. " zei hij. "We bouwen een computer met onderdelen die nauwkeurig zijn gepland en geproduceerd, en ze zijn geassembleerd volgens een groot plan om een ​​specifieke taak uit te voeren. De machine is vanaf het begin ingewikkeld, maar heeft niet het vermogen om zich te ontwikkelen."

De kunst van het leren

En terwijl we een computer moeten programmeren om nieuwe taken uit te voeren of ons aan te passen aan andere technologieën, de hersenen hebben het vermogen om te leren.

Hij zegt dat het bouwen van dit type computer totaal andere hardware vereist dan in de huidige machines wordt gebruikt. een idee dat wordt nagestreefd in een vijfjarig onderzoeksproject dat eindigt in 2022, gedeeltelijk gefinancierd door de Onderzoeksraad van Noorwegen, genaamd SOCRATES.

Nanomagneten kunnen een benadering bieden, bijvoorbeeld.

"Magneten zijn gemakkelijk te maken, en ze zijn gemakkelijk op te schalen omdat ze zo eenvoudig zijn en weinig energie vergen. Door zelforganisatie mogelijk te maken, we zijn niet afhankelijk van de individuele component. Een of meer componenten kunnen verschillen zonder dat het resultaat onjuist is, " hij zegt.

Nanomagneten zijn er al

Nanomagneten zijn geproduceerd in het NTNU Nanolab, en Tufte en zijn groep voeren simulaties uit van hoe magneten zich op een zelforganiserende manier kunnen gedragen.

De onderzoekers werken samen met collega's van ETH in Zwitserland, de Universiteit van Sheffield, de Universiteit Gent, Oslo Metropolitan University en de University of York. De belangstelling voor het financieren van onderzoek naar alternatieven voor de siliciumprocessor is de afgelopen vijf tot zes jaar toegenomen, zegt Tufte. internationaal, het huidige onderzoek omvat het gebruik van koolstofnanobuisjes en verschillende moleculaire oplossingen.

Negeert kleine fouten

Maar hoe kunnen de resultaten correct zijn als de hardware mag falen?

"Fouten treden op wanneer je schaalt. Dus je moet compenseren met technologie die fouten detecteert. Op een gegeven moment, u zult uiteindelijk meer middelen gebruiken om fouten te ontdekken dan om het probleem op te lossen. De hersenen hebben een onderliggende zelforganisatie die niet afhankelijk is van de betrouwbaarheid van een enkele hersencel. We moeten proberen dat te kopiëren, ' zegt Tufte.

Tufte zegt dat de wereld zeker zou overleven, zelfs als de computers van vandaag niet krachtiger worden, maar dat het ontwikkelen van efficiëntere computers duidelijke gevolgen heeft voor het milieu, bovenop al het andere.

"We zouden voorkomen dat de planeet implodeert. Maar de impact op economie en politiek zou enorm zijn. Alles is gebaseerd op groei. Persoonlijk, Ik zou het als een enorm voordeel zien als de groei stopt. We moeten het verbruik verminderen, ', zegt Tufte.