Algunos problemas son tan difíciles de resolver que incluso las computadoras más avanzadas necesitan semanas, no segundos, para procesarlos.
Ahora, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Notre Dame ha creado un nuevo sistema informático que tiene como objetivo abordar uno de los problemas más difíciles de la informática en una fracción del tiempo.
"Queríamos encontrar una manera de resolver un problema sin utilizar las representaciones binarias normales que han sido la columna vertebral de la informática durante décadas", dijo Arijit Raychowdhury, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Georgia Tech.
Su nuevo sistema emplea una red de osciladores electrónicos para resolver tareas de coloración de gráficos, un tipo de problema que tiende a asfixiar las computadoras modernas.
Los detalles del estudio se publicaron el 19 de abril en la revista Informes científicos . La investigación se realizó con el apoyo de la National Science Foundation, la Oficina de Investigación Naval, la Semiconductor Research Corporation y el Center for Low Energy Systems Technology.
"Las aplicaciones actuales exigen computadoras cada vez más rápidas para ayudar a resolver desafíos como la asignación de recursos, el aprendizaje automático y el análisis de la estructura de proteínas, problemas que en su esencia están estrechamente relacionados con la coloración de los gráficos", dijo Raychowdhury. "Pero en su mayor parte,hemos alcanzado las limitaciones de los procesadores de computadoras digitales modernos. Algunos de estos problemas, que son tan difíciles de realizar computacionalmente, podrían llevarle varias semanas a una computadora resolverlos ".
Un problema de coloración de gráficos comienza con un gráfico: una representación visual de un conjunto de objetos conectados de alguna manera. Para resolver el problema, se debe asignar un color a cada objeto, pero dos objetos conectados directamente no pueden compartir el mismo color. Normalmente, el objetivo es colorear todos los objetos del gráfico utilizando la menor cantidad de colores diferentes.
Al diseñar un sistema diferente de la computación tradicional basada en transistores, los investigadores se inspiraron en el cerebro humano, donde el procesamiento se maneja colectivamente, como una red oscilatoria neuronal, en lugar de con un procesador central.
"Es la noción de que hay un tremendo poder en la computación colectiva", dijo Suman Datta, profesor de la familia Chang en la Facultad de Ingeniería de Notre Dame y uno de los coautores del estudio. "En formas naturales de computación, sistemas dinámicos con interdependencias complejasevolucionan rápidamente y resuelven conjuntos complejos de ecuaciones de una manera enormemente paralela ".
Se descubrió que los osciladores electrónicos, fabricados con dióxido de vanadio, tenían una capacidad natural que podía aprovecharse para problemas de color de gráficos. Cuando un grupo de osciladores se conectaban eléctricamente a través de enlaces capacitivos, se sincronizaban automáticamente a la misma frecuencia, oscilando aMientras tanto, los osciladores conectados directamente entre sí operarían en diferentes fases dentro de la misma frecuencia, y los osciladores en el mismo grupo pero no conectados directamente se sincronizarían tanto en frecuencia como en fase.
"Si supone que cada fase representa un color diferente, este sistema esencialmente imitaba de forma natural la solución a un problema de coloración de gráficos", dijo Raychowdhury, quien también es profesor junior de ON Semiconductor en Georgia Tech.
Los investigadores pudieron crear una pequeña red de osciladores para resolver problemas de coloración de gráficos con el mismo número de objetos, que también se conocen como nodos o vértices. Pero lo que es más significativo, el nuevo sistema demostró teóricamente que existía una conexión entrecoloración de gráficos y la dinámica natural de los sistemas oscilatorios acoplados.
"Este es un paso crítico porque podemos probar por qué sucede esto y que cubre todas las instancias posibles de gráficos", dijo Raychowdhury. "Esto abre una nueva forma de cálculo performativo y de construcción de modelos computacionales novedosos.que es un enfoque de computación basado en la física, pero también presenta oportunidades tentadoras para construir otros sistemas analógicos personalizados para resolver problemas difíciles de manera eficiente ".
Eso podría ser valioso para una variedad de empresas que buscan computadoras que les ayuden a optimizar sus recursos, como una empresa de energía que desea maximizar la eficiencia y el uso de una vasta red eléctrica bajo ciertas restricciones.
"Este trabajo proporciona una de las primeras formas constructivas de construir solucionadores de sistemas dinámicos de tiempo continuo para un problema de optimización combinatoria con una demostración de trabajo utilizando dispositivos compactos escalables post-CMOS", dijo Abhinav Parihar, un estudiante de Georgia Tech que trabajó en el proyecto.
El siguiente paso sería construir una red más grande de osciladores que pudiera manejar problemas de coloración de gráficos con más objetos en juego.
"Nuestro objetivo es alcanzar un sistema con cientos de osciladores, lo que nos pondría en una gran distancia de desarrollar un sustrato informático que pudiera resolver problemas de coloración de gráficos cuyas soluciones óptimas aún no son conocidas por la humanidad", dijo Datta.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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