Informática

Circuitos híbridos viabilizam computação baseada no caos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  07/06/2017

A computação baseada na teoria do caos permite o processamento de múltiplas entradas simultaneamente.[Imagem: John F. Lindner]

Computação baseada no caos

Combinar componentes digitais e analógicos no interior de circuitos integrados não-lineares, que funcionam baseados na teoria do caos, pode melhorar a potência computacional dos processadores ao permitir o processamento simultâneo de um maior número de entradas.

Foi o que demonstraram Vivek Kohar e seus colegas da Universidade do Estado da Carolina do Norte, nos EUA.

Eles garantem que essa abordagem "melhor dos dois mundos" pode viabilizar a fabricação de circuitos que podem executar mais cálculos sem nem mesmo aumentar o tamanho físico dos processadores.

Isso torna a computação baseada no caos uma alternativa para escapar dos limites da física em termos do tamanho dos transistores - está cada vez mais difícil continuar miniaturizando os transistores para aumentar sua densidade e o poder de computação dos chips.

Circuitos não-lineares

Os circuitos não-lineares baseados no caos têm sido propostos como uma solução para o problema da miniaturização, já que cada circuito desses pode executar múltiplos cálculos, em vez da abordagem atual de "um circuito, uma tarefa".

Entretanto, o número de entradas que podem ser processadas na computação baseada no caos é limitada pelo ruído ambiente, o que diminui a precisão - ruído ambiente refere-se a flutuações de sinal aleatórias que podem ser causadas por variações de temperatura, de tensão ou por defeitos nos semicondutores.

"O ruído sempre foi um grande problema em quase todas as aplicações de engenharia, incluindo dispositivos de computação e comunicações. O nosso sistema é não-linear e, desta forma, o ruído pode ser ainda mais problemático," disse Kohar.

Esquema da plataforma híbrida proposta pela equipe. [Imagem: Vivek Kohar et al. - 10.1103/PhysRevApplied.7.044006]

Circuito híbrido

Para resolver o problema, Kohar criou um sistema híbrido que usa um bloco digital de portas AND e um circuito analógico não-linear para distribuir a computação entre os circuitos digitais e analógicos.

O resultado é uma redução exponencial no tempo de cálculo, o que significa que a saída pode ser medida antes que os desvios causados pelo ruído cresçam muito. Em outras palavras, os cálculos são feitos tão rapidamente que o ruído não tem tempo para afetar sua precisão.

Para melhorar ainda mais a precisão, a solução combina múltiplos sistemas, em um acoplamento que cria uma rede de segurança capaz de reduzir o efeito de desvios causados pelo ruído na fase final da computação.

"Pense no alpinismo," diz Kohar. "Os escaladores podem escalar individualmente, mas se um escorrega, então ele pode ter uma queda perigosa. Então eles usam cordas para se conectar uns com os outros. Se um escorrega, os outros vão evitar a sua queda. Nosso sistema é mais ou menos assim, com todos os sistemas conectados uns aos outros o tempo todo.

"Os sistemas são ajustados de tal forma que, no momento da medição, o nosso sistema está no máximo ou no mínimo - nos pontos onde os efeitos do ruído são geralmente baixos e muito menores se os sistemas estiverem acoplados. Considerando o exemplo do alpinismo novamente, isso significa que tomamos as médias dos alpinistas quando eles estão em locais de repouso, como em um pico ou em um vale, onde as distâncias entre eles são menores," explicou Kohar.

Com a arquitetura calculada e demonstrada, agora será uma questão de esperar que os engenheiros construam os primeiros circuitos práticos para demonstrar essa nova forma de computação baseada no caos imune a ruídos.

Bibliografia:

Implementing Boolean Functions in Hybrid Digital-Analog Systems
Vivek Kohar, Behnam Kia, John F. Lindner, William L. Ditto
Physical Review Applied
Vol.: 7, 044006
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.7.044006