Il computer che archivia ed elabora le informazioni allo stesso tempo

Il cervello umano è una straordinaria macchina informatica. Nessuno capisce esattamente come funziona la sua magia, ma parte del trucco è la capacità di memorizzare ed elaborare le informazioni allo stesso tempo.

È completamente diverso dai computer convenzionali che archiviano le informazioni nella memoria ad accesso casuale o su un disco rigido e le spostano avanti e indietro come richiesto a un'unità di elaborazione centrale.

Il tempo e l'energia necessari a tutto ciò sono ciò che alla fine limita le prestazioni dei computer convenzionali, il cosiddetto collo di bottiglia di von Neumann. In sostanza, è questo che impedisce ai computer convenzionali di avvicinarsi alle prestazioni di quelli biologici.

Tutto ciò che potrebbe essere in procinto di cambiare. Oggi, Max Di Ventra dell'Università della California, San Diego e Yuriy Pershin dell'Università della Carolina del Sud, Columbia, delineano una forma emergente di calcolo chiamata memcomputing basata sulla recente scoperta di componenti elettronici su nanoscala che memorizzano ed elaborano informazioni al contemporaneamente.

Al centro di questa nuova forma di calcolo ci sono il memristor, il memcapacitor e il meminductor, componenti elettronici fondamentali che memorizzano le informazioni mentre funzionano rispettivamente come resistori, condensatori e induttori.

Questi dispositivi sono stati previsti teoricamente negli anni '70, ma sono stati prodotti per la prima volta solo nel 2008, quindi sono nuovi ragazzi nel blocco dell'elettronica.

I fisici hanno immediatamente riconosciuto la capacità dei cosiddetti memelements di imitare l'informatica biologica e vari gruppi hanno progettato e costruito chip per sfruttare questa idea, qui per esempio.

Ma le proprietà dei memelementi che li rendono così bravi nel calcolo biologico è stato difficile da definire. Ed è qui che entrano in gioco Di Ventra e Pershin. Questi ragazzi hanno distillato le proprietà essenziali che dovrebbero consentire ai memelementi di adattarsi alle prestazioni del cervello.

Dicono che queste proprietà includono la capacità di memorizzare informazioni per lunghi periodi; la capacità di agire collettivamente in modo che lo stato di un memdevice nel suo insieme dipenda dagli stati di tutti i suoi memelements; una robustezza contro il rumore e le piccole imperfezioni; e così via.

Forse il più importante, tuttavia, è la capacità di archiviare ed elaborare le informazioni allo stesso tempo, una proprietà completamente estranea al mondo informatico convenzionale

Questo è un approccio interessante che tenta di cristallizzare il modo migliore per avvicinarsi al memcomputing. E ha un potenziale enorme. Memcondensatori e meminduttori essenzialmente non consumano energia e quindi dovrebbero consentire applicazioni a bassissima energia. Ciò dovrebbe consentire loro di avvicinarsi per la prima volta all'efficienza energetica dei sistemi naturali.

Una pietra miliare importante in questo campo sarebbe la dimostrazione di un dispositivo di memcomputing con capacità di calcolo e consumo energetico paragonabili (o migliori) a quelli del cervello umano, affermano Di Ventra e Pershin.

Un fattore significativo in tutto questo è che il comportamento della memoria è una proprietà naturale dei sistemi su scala nanometrica. Ecco perché la scoperta sperimentale dei memelementi ha richiesto così tanto tempo dopo la previsione teorica: ha dovuto aspettare che i fisici avessero sviluppato la capacità di realizzare componenti così piccoli.

E con i componenti elettronici che diventano sempre più piccoli, i produttori di chip dovranno affrontare queste nuove proprietà come una cosa ovvia.

Ciò offrirà tutti i tipi di nuove opportunità. I sistemi biologici, come i neuroni, lavorano naturalmente su questa scala e quindi devono essere o avere memelementi. Questo non si perde in Di Ventra e Perhsin: tutte queste caratteristiche sono allettanti simili a quelle incontrate nel regno biologico, offrendo così nuove opportunità per il calcolo ispirato alla biologia.

Una zona che vale la pena guardare.

Rif: arxiv.org/abs/1211.4487 : Memcomputing: un paradigma informatico per archiviare ed elaborare le informazioni allo stesso modo
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