மீளக்கூடிய கணினி: எதிர்கால ஆற்றல் திறனுக்கான வழியை வகுத்தல்

தொழில்நுட்ப முன்னேற்றத்திற்கான இடைவிடாத தேடலில், ஆற்றல் திறன் ஒரு முக்கியமான சவாலாக உருவெடுத்துள்ளது. கணினி அமைப்புகள் பெருகிய முறையில் சக்திவாய்ந்ததாகவும், எங்கும் பரவியிருப்பதாலும், அவற்றின் ஆற்றல் நுகர்வும் அதிகரித்து, சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பு மற்றும் நிலைத்தன்மை குறித்த கவலைகளை எழுப்புகிறது. மீளக்கூடிய கணினி, கணினி அறிவியலில் ஒரு முன்னுதாரண மாற்றம், வழக்கமான கணினிகளின் அடிப்படை ஆற்றல் சிதறல் வரம்புகளை சவால் செய்வதன் மூலம் ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய தீர்வை வழங்குகிறது.

ஆற்றல் சிக்கலைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

பாரம்பரிய கணினிகள், மீளமுடியாத தர்க்க செயல்பாடுகளின் அடிப்படையில், தவிர்க்க முடியாமல் வெப்ப வடிவில் ஆற்றலைச் சிதறடிக்கின்றன. இந்த ஆற்றல் சிதறல் லேண்டவரின் கொள்கையிலிருந்து உருவாகிறது, இது ஒரு பிட் தகவலை அழிப்பதற்கு குறைந்தபட்ச அளவு ஆற்றல் தேவை என்று கூறுகிறது. இந்த அளவு தனிப்பட்ட பிட் மட்டத்தில் மிகக் குறைவாகத் தோன்றினாலும், நவீன கணினிகளால் ஒவ்வொரு நொடியும் செய்யப்படும் பில்லியன் அல்லது டிரில்லியன் செயல்பாடுகளைக் கருத்தில் கொள்ளும்போது இது கணிசமாக அதிகரிக்கிறது. இது பெரிய தரவு மையங்கள் மற்றும் உயர் செயல்திறன் கொண்ட கணினி அமைப்புகளுக்கு ஒரு குறிப்பிடத்தக்க சிக்கலை உருவாக்குகிறது, அவை பெரும் அளவு மின்சாரத்தை நுகர்கின்றன.

லேண்டவரின் கொள்கை: வெப்ப இயக்கவியல் வரம்பு

ஐபிஎம்-இல் இயற்பியலாளரான ரோல்ஃப் லேண்டவர், 1961-ல் மீளமுடியாத கணக்கீட்டிற்கு ஒரு அடிப்படை வெப்ப இயக்கவியல் செலவு உள்ளது என்பதை நிரூபித்தார். ஒரு பிட்டை அழிப்பது, அதாவது தகவலை மறப்பது, சுற்றுச்சூழலுக்கு ஆற்றலைச் சிதறடிக்க வேண்டும். சிதறடிக்கப்படும் குறைந்தபட்ச ஆற்றலின் அளவு kT*ln(2) ஆல் வழங்கப்படுகிறது, இங்கு k என்பது போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி மற்றும் T என்பது தனி வெப்பநிலை. அறை வெப்பநிலையில், இது மிகச் சிறிய அளவு ஆற்றலாகும், ஆனால் இது மீளமுடியாத கணினியின் ஆற்றல் நுகர்வுக்கு ஒரு கீழ் வரம்பை அமைக்கிறது.

ஒரு பாரம்பரிய செயலி வினாடிக்கு பில்லியன் கணக்கான செயல்பாடுகளைச் செய்யும் ஒரு சூழ்நிலையைக் கவனியுங்கள். இந்த ஒவ்வொரு செயல்பாடுகளும் தகவல் பிட்களை அழிப்பதை உள்ளடக்கியிருக்கலாம். காலப்போக்கில், ஒட்டுமொத்த ஆற்றல் சிதறல் கணிசமாகி, குறிப்பிடத்தக்க வெப்ப உற்பத்தியை ஏற்படுத்துகிறது மற்றும் விரிவான குளிரூட்டும் அமைப்புகள் தேவைப்படுகின்றன. இதனால்தான் பெரும் எண்ணிக்கையிலான சேவையகங்களைக் கொண்டிருக்கும் தரவு மையங்கள் அதிக சக்தியைப் பயன்படுத்துகின்றன மற்றும் அதிக வெப்பத்தை உருவாக்குகின்றன.

மீளக்கூடிய கணினி: ஒரு புதிய முன்னுதாரணம்

மீளக்கூடிய கணினி, மீளக்கூடிய தர்க்க வாயில்கள் மற்றும் சுற்றுகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் முற்றிலும் மாறுபட்ட அணுகுமுறையை வழங்குகிறது. மீளமுடியாத வாயில்களைப் போலல்லாமல், மீளக்கூடிய வாயில்கள் கணக்கீட்டின் போது தகவலை இழக்காது. சாராம்சத்தில், ஒரு மீளக்கூடிய கணக்கீட்டை பின்னோக்கி இயக்கி, இறுதி நிலையிலிருந்து ஆரம்ப நிலையை மீட்டெடுக்க முடியும், இது கோட்பாட்டளவில் குறைந்தபட்ச ஆற்றல் சிதறலைத் தேவைப்படுத்துகிறது. இந்தக் கருத்து லேண்டவரின் கொள்கையை அடிப்படையில் மீறுகிறது, இது அதி-குறைந்த சக்தி கணினிக்கு வழி திறக்கிறது.

மீளக்கூடிய கணினியின் முக்கிய கருத்துக்கள்

• மீளக்கூடிய தர்க்க வாயில்கள்: இந்த வாயில்கள் சமமான உள்ளீடுகள் மற்றும் வெளியீடுகளைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் வெளியீட்டிலிருந்து உள்ளீட்டைத் தனித்துவமாகத் தீர்மானிக்க முடியும். டோஃபோலி வாயில் மற்றும் ஃப்ரெட்கின் வாயில் ஆகியவை இதற்கு எடுத்துக்காட்டுகள்.
• தகவல் பாதுகாப்பு: மீளக்கூடிய கணக்கீடு தகவலைப் பாதுகாக்கிறது, அதாவது செயல்முறையின் போது எந்த பிட்களும் அழிக்கப்படுவதில்லை. ஆற்றல் சிதறலைக் குறைப்பதற்கு இது மிகவும் முக்கியமானது.
• வெப்பமாறா கணினி: இது மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னோட்டத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் மெதுவாக நிகழும் ஒரு நுட்பமாகும், இது வெப்பமாக ஆற்றல் இழப்பைக் குறைக்கிறது. இது பெரும்பாலும் மீளக்கூடிய தர்க்கத்துடன் இணைந்து பயன்படுத்தப்படுகிறது.

மீளக்கூடிய வாயில்களின் எடுத்துக்காட்டுகள்

டோஃபோலி வாயில்: இது ஒரு உலகளாவிய மீளக்கூடிய வாயிலாகும், அதாவது எந்தவொரு மீளக்கூடிய கணக்கீட்டையும் டோஃபோலி வாயில்களிலிருந்து உருவாக்க முடியும். இது மூன்று உள்ளீடுகளையும் (A, B, C) மற்றும் மூன்று வெளியீடுகளையும் (A, B, C XOR (A AND B)) கொண்டுள்ளது. முதல் இரண்டு பிட்களும் 1 ஆக இருந்தால் மட்டுமே இந்த வாயில் மூன்றாவது பிட்டை மாற்றுகிறது.

ஃப்ரெட்கின் வாயில்: இந்த வாயிலிலும் மூன்று உள்ளீடுகள் (A, B, C) மற்றும் மூன்று வெளியீடுகள் உள்ளன. A என்பது 0 ஆக இருந்தால், B மற்றும் C மாற்றமின்றி அனுப்பப்படும். A என்பது 1 ஆக இருந்தால், B மற்றும் C பரிமாறிக்கொள்ளப்படும்.

இந்த வாயில்கள், சரியாக செயல்படுத்தப்படும்போது, கோட்பாட்டளவில் மிகக் குறைந்த ஆற்றலைச் சிதறடிக்கின்றன, இது அவற்றின் மீளமுடியாத சகாக்களை விட மிகக் குறைவு.

மீளக்கூடிய கணினியின் சாத்தியமான நன்மைகள்

வெற்றிகரமான மீளக்கூடிய கணினியின் தாக்கங்கள் ஆழமானவை, பல்வேறு களங்களில் மாற்றத்தக்க நன்மைகளை வழங்குகின்றன:

• அதி-குறைந்த சக்தி சாதனங்கள்: மொபைல் கணினி, அணியக்கூடிய தொழில்நுட்பம், மற்றும் இன்டர்நெட் ஆஃப் திங்ஸ் (IoT) ஆகியவற்றிற்கான ஆற்றல் திறன் கொண்ட சாதனங்களின் வளர்ச்சியை இது சாத்தியமாக்குகிறது. கணிசமாக நீட்டிக்கப்பட்ட பேட்டரி ஆயுளுடன் கூடிய ஸ்மார்ட்போன்கள் அல்லது பேட்டரி மாற்றமின்றி பல ஆண்டுகளாக இயங்கக்கூடிய சென்சார்களை கற்பனை செய்து பாருங்கள்.
• நிலையான தரவு மையங்கள்: தரவு மையங்களின் ஆற்றல் தடயத்தைக் குறைத்து, கணிசமான செலவு சேமிப்பு மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நன்மைகளுக்கு வழிவகுக்கும். ஆற்றல் வளங்களுக்கு περιορισப்பட்ட அணுகல் உள்ள பகுதிகளில் அல்லது தரவு மையங்கள் கார்பன் உமிழ்வுகளுக்கு கணிசமாக பங்களிக்கும் இடங்களில் இது குறிப்பாக தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும்.
• உயர் செயல்திறன் கணினி: அறிவியல் ஆராய்ச்சி, உருவகப்படுத்துதல்கள் மற்றும் செயற்கை நுண்ணறிவுக்கான மிகவும் சக்திவாய்ந்த மற்றும் ஆற்றல் திறன் கொண்ட சூப்பர் கம்ப்யூட்டர்களின் வளர்ச்சிக்கு இது உதவுகிறது. இந்த சூப்பர் கம்ப்யூட்டர்கள் அதிகப்படியான ஆற்றலை நுகராமல் பெருகிய முறையில் சிக்கலான சிக்கல்களைச் சமாளிக்க முடியும்.
• குவாண்டம் கணினி: குவாண்டம் செயல்பாடுகள் இயல்பாகவே மீளக்கூடியவை என்பதால், மீளக்கூடிய கணினி குவாண்டம் கணினியுடன் அடிப்படையில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. மீளக்கூடிய கணினி நுட்பங்களில் ஏற்படும் முன்னேற்றங்கள் நடைமுறை குவாண்டம் கணினிகளின் வளர்ச்சியை துரிதப்படுத்தக்கூடும்.

தொழில்கள জুড়ে எடுத்துக்காட்டுகள்

சுகாதாரம்: நோயாளியின் ஆரோக்கியத்தை தொலைவிலிருந்து கண்காணிக்கும் குறைந்த-சக்தி சென்சார்கள், மீளக்கூடிய கணினி கொள்கைகளால் இயக்கப்பட்டு, அடிக்கடி பேட்டரி மாற்றங்கள் இல்லாமல் தொடர்ச்சியான தரவை வழங்க முடியும், இது நோயாளி கவனிப்பை மேம்படுத்துகிறது மற்றும் மருத்துவமனை மறுசேர்க்கைகளைக் குறைக்கிறது.

சுற்றுச்சூழல் கண்காணிப்பு: தொலைதூர இடங்களில் மாசு அளவுகள், வானிலை முறைகள் அல்லது வனவிலங்கு நடத்தைகளைக் கண்காணிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் சென்சார்கள், குறைந்தபட்ச ஆற்றலில் நீண்ட காலத்திற்கு இயங்க முடியும், இது சுற்றுச்சூழல் பாதுகாப்பு முயற்சிகளுக்கு மதிப்புமிக்க தரவை வழங்குகிறது.

விண்வெளி ஆய்வு: மீளக்கூடிய கணினி அமைப்புகளுடன் கூடிய விண்கலங்கள் மற்றும் செயற்கைக்கோள்கள், பருமனான மற்றும் கனமான பேட்டரிகள் அல்லது சூரிய தகடுகளின் தேவையைக் குறைக்கலாம், இது நீண்ட பயணங்கள் மற்றும் விரிவான தரவு சேகரிப்பை சாத்தியமாக்குகிறது.

சவால்கள் மற்றும் தற்போதைய ஆராய்ச்சி

அதன் மகத்தான சாத்தியக்கூறுகள் இருந்தபோதிலும், மீளக்கூடிய கணினி குறிப்பிடத்தக்க சவால்களை எதிர்கொள்கிறது:

• வன்பொருள் செயலாக்கம்: நடைமுறை மீளக்கூடிய சுற்றுகளை உருவாக்குவது சிக்கலானது மற்றும் புதுமையான பொருட்கள் மற்றும் புனைவு நுட்பங்கள் தேவை. குவாண்டம் விளைவுகள் மற்றும் இரைச்சல் காரணமாக நானோ அளவில் மீள்தன்மையை பராமரிப்பது குறிப்பாக சவாலானது.
• மென்பொருள் மேம்பாடு: மீளக்கூடிய தர்க்கத்தை திறம்படப் பயன்படுத்தும் வழிமுறைகள் மற்றும் நிரலாக்க மொழிகளை வடிவமைப்பது ஒரு அற்பமான பணி அல்ல. தற்போதுள்ள நிரலாக்க முன்னுதாரணங்கள் பெரும்பாலும் மீளமுடியாத செயல்பாடுகளை அடிப்படையாகக் கொண்டவை.
• மேல்நிலைச் செலவுகள்: மீளக்கூடிய சுற்றுகளுக்கு பெரும்பாலும் மீளமுடியாத சுற்றுகளை விட அதிக வாயில்கள் மற்றும் இணைப்புகள் தேவைப்படுகின்றன, இது அதிகரித்த பகுதி மற்றும் சிக்கலுக்கு வழிவகுக்கிறது. இந்த மேல்நிலைச் செலவைக் குறைப்பது நடைமுறை செயலாக்கங்களுக்கு முக்கியமானது.

தற்போதைய ஆராய்ச்சி திசைகள்

• புதிய மீளக்கூடிய தர்க்க வாயில்கள் மற்றும் சுற்று கட்டமைப்புகளை உருவாக்குதல்: ஆராய்ச்சியாளர்கள் மிகவும் திறமையான மற்றும் சிறிய மீளக்கூடிய வாயில்களை உருவாக்க பல்வேறு பொருட்கள் மற்றும் புனைவு நுட்பங்களை ஆராய்ந்து வருகின்றனர்.
• மீளக்கூடிய நிரலாக்க மொழிகள் மற்றும் கம்பைலர்களை வடிவமைத்தல்: மீளக்கூடிய வழிமுறைகளின் வளர்ச்சியை எளிதாக்க புதிய நிரலாக்க கருவிகள் தேவை.
• வெப்பமாறா கணினி நுட்பங்களை ஆராய்தல்: வெப்பமாறா சுற்றுகள் மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னோட்ட நிலைகளை மெதுவாக மாற்றுவதன் மூலம் ஆற்றல் சிதறலைக் குறைப்பதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன.
• குவாண்டம் டாட் செல்லுலார் ஆட்டோமேட்டா (QCA) மற்றும் பிற நானோ அளவிலான தொழில்நுட்பங்களை ஆராய்தல்: இந்த தொழில்நுட்பங்கள் அதி-குறைந்த சக்தி மீளக்கூடிய சுற்றுகளை உருவாக்குவதற்கான சாத்தியத்தை வழங்குகின்றன.

உலகளாவிய ஆராய்ச்சி முயற்சிகள்

ஐரோப்பா: ஐரோப்பிய ஒன்றியத்தின் Horizon 2020 திட்டம், மீளக்கூடிய கணினி நுட்பங்களை ஆராயும் திட்டங்கள் உட்பட ஆற்றல் திறன் கொண்ட கணினியில் கவனம் செலுத்தும் பல ஆராய்ச்சி திட்டங்களுக்கு நிதியளித்துள்ளது.

அமெரிக்கா: தேசிய அறிவியல் அறக்கட்டளை (NSF) பல்கலைக்கழகங்கள் மற்றும் ஆராய்ச்சி நிறுவனங்களுக்கு மானியங்கள் மூலம் மீளக்கூடிய கணினி குறித்த ஆராய்ச்சியை ஆதரித்துள்ளது.

ஆசியா: ஜப்பான், தென் கொரியா மற்றும் சீனாவில் உள்ள ஆராய்ச்சி குழுக்கள் குவாண்டம் கணினி மற்றும் குறைந்த சக்தி மின்னணுவியல் பயன்பாடுகளுக்காக மீளக்கூடிய கணினியை தீவிரமாக ஆராய்ந்து வருகின்றன.

கணினியின் எதிர்காலம்: ஒரு மீளக்கூடிய புரட்சியா?

மீளக்கூடிய கணினி நாம் கணக்கீட்டை அணுகும் விதத்தில் ஒரு முன்னுதாரண மாற்றத்தைக் குறிக்கிறது. குறிப்பிடத்தக்க சவால்கள் இருந்தாலும், அதி-குறைந்த சக்தி கணினியின் சாத்தியமான நன்மைகள் புறக்கணிக்க முடியாத அளவுக்கு கட்டாயமானவை. ஆராய்ச்சி முன்னேறும்போது மற்றும் புதிய தொழில்நுட்பங்கள் வெளிவரும்போது, மீளக்கூடிய கணினி மிகவும் நிலையான மற்றும் ஆற்றல் திறன் கொண்ட தொழில்நுட்ப எதிர்காலத்தை வடிவமைப்பதில் முக்கிய பங்கு வகிக்கக்கூடும்.

சாத்தியமான எதிர்கால காட்சிகள்

• எங்கும் நிறைந்த குறைந்த சக்தி சென்சார்கள்: மீளக்கூடிய கணினி சுற்றுச்சூழல் கண்காணிப்பு, உள்கட்டமைப்பு மேலாண்மை மற்றும் ஸ்மார்ட் நகரங்களுக்கான பரந்த சென்சார் நெட்வொர்க்குகளைப் பயன்படுத்துவதை சாத்தியமாக்கும்.
• ஆற்றல் திறன் கொண்ட செயற்கை நுண்ணறிவு: மீளக்கூடிய கணினி செயற்கை நுண்ணறிவு வழிமுறைகளின் ஆற்றல் நுகர்வை கணிசமாகக் குறைத்து, அவற்றை மேலும் அணுகக்கூடியதாகவும் நிலையானதாகவும் மாற்றும்.
• மேம்பட்ட குவாண்டம் கணினிகள்: மீளக்கூடிய கணினி நுட்பங்கள் பிழை-சகிப்புத்தன்மை மற்றும் அளவிடக்கூடிய குவாண்டம் கணினிகளை உருவாக்குவதற்கு அவசியமானதாக இருக்கலாம்.

தொழில் வல்லுநர்களுக்கான செயல்படக்கூடிய நுண்ணறிவுகள்

மீளக்கூடிய கணினியை ஆராய்வதில் ஆர்வமுள்ள தொழில் வல்லுநர்களுக்கான சில செயல்படக்கூடிய நுண்ணறிவுகள் இங்கே:

• சமீபத்திய ஆராய்ச்சிகள் குறித்து அறிந்திருங்கள்: மீளக்கூடிய கணினி, குவாண்டம் கணினி மற்றும் குறைந்த சக்தி வடிவமைப்பு துறைகளில் உள்ள வெளியீடுகள் மற்றும் மாநாடுகளைப் பின்தொடரவும்.
• திறந்த மூல கருவிகள் மற்றும் சிமுலேட்டர்களை ஆராயுங்கள்: மீளக்கூடிய சுற்றுகளை வடிவமைக்கவும் உருவகப்படுத்தவும் உங்களை அனுமதிக்கும் மென்பொருள் கருவிகளுடன் பரிசோதனை செய்யுங்கள்.
• உங்கள் திட்டங்களில் மீளக்கூடிய கணினி கொள்கைகளை இணைப்பதைப் பரிசீலிக்கவும்: நீங்கள் முழுமையாக மீளக்கூடிய அமைப்புகளை உருவாக்காவிட்டாலும், ஆற்றல் திறனை மேம்படுத்த மீளக்கூடிய கணினியின் சில கொள்கைகளைப் பயன்படுத்தலாம்.
• ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டு முயற்சிகளை ஆதரிக்கவும்: மீளக்கூடிய கணினி மற்றும் தொடர்புடைய தொழில்நுட்பங்கள் மீதான ஆராய்ச்சிக்கு நிதி மற்றும் ஆதரவுக்காக வாதிடுங்கள்.

மேலும் ஆராய்வதற்கான ஆதாரங்கள்

• கல்வி இதழ்கள்: IEEE Transactions on Nanotechnology, Journal of Physics D: Applied Physics, Quantum Information Processing
• மாநாடுகள்: International Conference on Reversible Computation (RC), Design Automation Conference (DAC), International Symposium on Low Power Electronics and Design (ISLPED)
• ஆன்லைன் படிப்புகள்: Coursera மற்றும் edX போன்ற தளங்கள் குவாண்டம் கணினி மற்றும் மீளக்கூடிய கணினி கொள்கைகளைத் தொடும் தொடர்புடைய தலைப்புகளில் படிப்புகளை வழங்குகின்றன.

முடிவுரை

மீளக்கூடிய கணினி ஒரு கோட்பாட்டு கருத்து மட்டுமல்ல; கணினி கணிசமாக அதிக ஆற்றல் திறன் மற்றும் நிலையானதாக இருக்கும் எதிர்காலத்திற்கான ஒரு சாத்தியமான பாதையாகும். முழுமையாக மீளக்கூடிய கணினிகளை உணர்ந்து கொள்வதற்கான பயணம் இன்னும் தொடர்ந்து கொண்டிருந்தாலும், இதுவரை அடைந்த முன்னேற்றம் ஊக்கமளிக்கிறது. இந்த புதுமையான முன்னுதாரணத்தை ஏற்றுக்கொள்வதன் மூலம், சக்திவாய்ந்த மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பொறுப்புள்ள ஒரு தொழில்நுட்ப நிலப்பரப்புக்கு நாம் வழி வகுக்க முடியும். தொழில்நுட்பம் உலகளவில் தொடர்ந்து முன்னேறும்போது, மீளக்கூடிய கணினியின் திறனைப் புரிந்துகொள்வதும் ஆராய்வதும் பல்வேறு துறைகளில் உள்ள நிபுணர்களுக்கு பெருகிய முறையில் முக்கியமானதாகிறது. இது ஒரு பசுமையான, திறமையான எதிர்காலத்தில் ஒரு நீண்ட கால முதலீடாகும்.

மீளக்கூடிய கணினியின் தேடலானது, நிலைத்தன்மை மற்றும் பொறுப்பான தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியை ஊக்குவிக்கும் உலகளாவிய முயற்சிகளுடன் ஒத்துப்போகிறது. இந்தத் துறையில் ஒத்துழைப்பு மற்றும் புதுமைகளை வளர்ப்பதன் மூலம், கிரகத்தின் வளங்களை சமரசம் செய்யாமல் மனிதகுலத்திற்கு தொழில்நுட்பம் சேவை செய்யும் எதிர்காலத்திற்கு நாம் கூட்டாக பங்களிக்க முடியும்.