ساخت کامپیوتری مبتنی بر DNA محاسبات بدون نیاز به برق مداوم
پرتوبلاگ: پژوهشگران از فعالیتهای شیمیایی حیات برای ایجاد نوع نوینی از کامپیوتر که بدون مصرف مداوم برق کار می کند، بهره برده اند.
به گزارش پرتوبلاگ به نقل از نیواطلس، رایانش به منبع انرژی قابل توجهی نیاز دارد. برآوردها نشان داده است تا سال ۲۰۵۰ میلادی، حدود ۲۰ درصد از برق مصرفی بخش تجاری آمریکا صرف پردازش خواهد شد. همینطور انتظار می رود تقاضای برق مراکز داده در چند سال آینده دو برابر شود؛ به همین دلیل، یافتن سیستم های رایانشی کارآمدتر به اولویتی فزاینده تبدیل گشته است.
در این میان، یافتن چاره در بدن انسان امکان دارد ایده ای عجیب به نظر برسد، اما طبیعت طی میلیاردها سال روش هایی برای انجام کارهای پیچیده با مصرف انرژی خیلی اندک به وجود آورده است. در همین جهت، محققان دانشگاه مینوث در ایرلند از فرایندهای شیمیایی حیات برای توسعه نوع جدیدی از کامپیوتر بهره برده اند که برای انجام محاسبات به مصرف مداوم انرژی نیاز ندارد.
«دامیان وودز»، نویسنده ارشد این مطالعه، می گوید: «رایانه های مبتنی بر سیلیکون انرژی زیادی مصرف می کنند و حدود ۲۳ درصد از برق ایرلند صرف رایانش و ذخیره سازی داده می شود. ما با دیدن تنها یک نوع کامپیوتر گرفتار کوته بینی شده ایم، در صورتیکه نمونه های دیگری نیز در اطراف ما وجود دارند؛ همچون مغز انسان.»
تمام کامپیوتر های امروزی به صورت گسترده به سوئیچ هایی معروف به ترانزیستور متکی هستند که داده ها را در چارچوب وضعیت های روشن و خاموش نگه می دارند. تغییر این وضعیت ها برای انجام حتی ساده ترین محاسبات به مقدار کمی انرژی الکتریکی نیاز دارد.
هرچند میزان انرژی مورد نیاز هر تغییر خیلی کم است، این مصرف در مقیاس بزرگ به سرعت افزایش می یابد؛ برای اینکه میلیاردها ترانزیستور می توانند میلیاردها بار در ثانیه وضعیت خویش را تغییر دهند.
چهار واحد شیمیایی سازنده رشته DNA نیز اطلاعاتی را رمزگذاری می کنند که میتوان از آنها بعنوان مبنایی برای محاسبات الگوریتمی استفاده کرد. در این شیوه، فرآیند رایانش به جای سوئیچ های الکترونیکی، بر تعامل و رقابت میان توالی های DNA متکی است.
رایانش DNA به خودی خود فناوری کاملا جدیدی نیست. «لئونارد ادلمن»، دانشمند علوم کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، در دهه ۱۹۹۰ مسئله مشهور «فروشنده دوره گرد» را تنها با بهره گیری از رشته های نوکلئوتیدی و روشهای بیوشیمیایی حل کرد. از آن زمان تاکنون، محققان روشهای مختلفی برای برنامه ریزی دستورهای شیمیایی و استفاده از آنها در قشر بزرگی از کاربردهای رایانشی توسعه داده اند.
با این حال، یکی از چالش های باقیمانده این بود که کامپیوتر های DNA علاوه بر مصرف انرژی پایین، باید از ثبات و قابلیت اطمینان کافی برخوردار باشند و برای رسیدن به پاسخ، به دخالت و دستکاری مداوم نیاز نداشته باشند.
تیم وودز برای حل این مشکل رویکرد متفاوتی را در پیش گرفت. این شیوه تا حدی به ظهور فناوری «DNA اوریگامی» مرتبط می باشد و به جای اتکا بر رقابت میان رشته های ساده DNA، از چارچوب های پیچیده تر DNA استفاده می نماید. در این فرآیند، یک داربست اسید نوکلئیک با بخش های کوتاه DNA در محلول نمکی و در دمای بالا ترکیب می شود. با سرد شدن تدریجی این ترکیب، مولکول ها بسمت ساختارهایی با پایین ترین سطح انرژی حرکت می کنند و بالاخره، ساختاری شکل می گیرد که پاسخ محاسباتی را در خود دارد.
وودز در اینباره می گوید: «مولکول ها با یکدیگر تعامل می کنند و ساختاری می سازند که همان ساختار، پاسخ است. یکی از نوآوری های کلیدی این شیوه آن است که سیستم می تواند به صورت طبیعی و بدون احتیاج به ورودی مداوم انرژی، پاسخ را پیدا کند.»
محققان برای آزمایش این شیوه، برنامه های مختلفی را اجرا کردند که بعضی از آنها شامل محاسباتی تا ۱۰۰ بیت بود. یکی از سریع ترین محاسبات حدود ۳۰ ثانیه زمان برد. این سرعت در مقایسه با کامپیوتر های امروزی خیلی پائین است و حتی میتوان گفت در بعضی محاسبات، یک دانش آموز می تواند سریع تر عمل کند. با این وجود، سرعت پردازش در این فناوری تنها معیار ارزیابی نیست؛ رایانش DNA به شکل موازی به انجام می رسد و می تواند حجم عظیمی از محاسبات را در یک قطره مایع جای دهد.
DNA علاوه بر انجام محاسبات، ظرفیت قابل ملاحظه ای برای ذخیره سازی مطمئن حجم عظیمی از داده ها دارد و می تواند اطلاعات را در مخزنی خیلی پایدار نگهداری کند. تنها یک گرم DNA می تواند صدها میلیون گیگابایت داده را در خود جای دهد. این ظرفیت به این معناست که حجم عظیمی از داده هایی که هر سال تولید و انباشته می شوند، از نظر نظریه می توانند در فضایی خیلی کوچک ذخیره شوند.
با ترکیب روشهای کم مصرف برای ذخیره سازی و بازیابی داده ها با شیوه های ترمودینامیکی بهینه برای انجام محاسبات تخصصی، رایانش DNA می تواند مسیر جدیدی برای گسترش فناوری های محاسباتی کم مصرف ایجاد کند؛ فناوری هایی که بر خلاف مراکز داده امروزی، برای انجام بخشی از پردازش ها و ذخیره سازی داده ها به انرژی خیلی کمتری نیاز دارند.
به طور خلاصه، برآوردها نشان داده است تا سال ۲۰۵۰ میلادی، حدود ۲۰ درصد از برق مصرفی بخش تجاری آمریکا صرف پردازش خواهد شد. با سرد شدن تدریجی این ترکیب، مولکول ها بسمت ساختارهایی با پایین ترین سطح انرژی حرکت می کنند و بالاخره، ساختاری شکل می گیرد که پاسخ محاسباتی را در خود دارد. وودز در این باره می گوید: مولکول ها با یکدیگر تعامل می کنند و ساختاری می سازند که همان ساختار، پاسخ است. با این حال، سرعت پردازش در این فناوری تنها معیار ارزیابی نیست؛ رایانش DNA بشکل موازی به انجام می رسد و می تواند حجم عظیمی از محاسبات را در یک قطره مایع جای دهد.DNA علاوه بر انجام محاسبات، ظرفیت قابل توجهی برای ذخیره سازی مطمئن حجم عظیمی از داده ها دارد و می تواند اطلاعات را در مخزنی خیلی پایدار نگهداری کند.
منبع: پرتوبلاگ
این مطلب پرتوبلاگ را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب