Через 100 лет прекратится рост скорости компьютеров

С постоянно растущей вычислительной мощностью компьютеров, кажется, не за горами тот день, когда машины будут обладать почти безграничными возможностями. Пара физиков показали существование предела в скорости вычислений, преодолеть который невозможно так же, как превысить скорость света. Если прогресс продолжится в том же темпе, потолок будет достигнут менее чем за сотню лет.

Сооснователь Intel Гордон Мур (Gordon Moore) предсказал 45 лет назад, что производители смогут удваивать количество транзисторов в чипах приблизительно каждые два года, располагая на кристаллах всё большее число уменьшающихся компонентов. Его прогноз называется Законом Мура и пока оправдывает характер постулата в эволюции компьютеров. Похожее пророчество сделал Алан Тьюринг (Alan Turing) в 1950 году, согласно которому на стыке тысячелетий компьютеры будут иметь память с миллиардом слов (в зависимости от архитектуры под машинным словом понимается количество битов от 8 до 64). Неизменный процесс уменьшения габаритов электронных элементов приведёт к необходимости физикам искать пути кодирования единиц информации на отдельных частицах. Меньше в микроэлектронном мире означает быстрее, но Лев Левитин (Lev Levitin) и Томмасо Тоффоли (Tommaso Toffoli) из Бостонского университета (Boston University) в Массачусетсе видят границу скорости вычислений вне зависимости от размеров компонентов. "Если вы верите в Закон Мура, тогда готовьтесь через 75-80 лет увидеть квантовый лимит, - говорит Левитин. – Ни одна система не преодолеет его. Не имеет значения её физическая природа или реализация, алгоритм расчётов, аппаратное или программное обеспечение. Рубеж отражает абсолютный закон природы, наподобие скорости света".

Доцент электрической инженерии и компьютерных наук в Массачусетском технологическом институте (Massachusetts Institute of Technology, MIT) Скотт Ааронсон (Scott Aaronson) считает 75 лет чрезмерно оптимистичным сроком, а более реальной цифрой – 20 лет. В ранние 1980-е годы Левитин выделил элементарную квантовую операцию, самое базовое действие, которое может выполнить квантовый компьютер. В опубликованной в издании Physical Review Letters статье Левитин и Тоффоли представили уравнение минимального отрезка времени для осуществления этой операции, устанавливающего предельную скорость для любых возможных компьютеров. Учёные рассчитали, что на каждую единицу энергии идеальная квантовая машина обеспечит в десять квадриллионов (1016) раз больше операций в секунду, чем самый производительный из сегодняшних процессоров. "Очень важно попытаться установить фундаментальный лимит – как далеко мы сможем зайти в использовании ресурсов", - поясняет Ливитин. Физики заключили , что технологические барьеры притормозят Закон Мура, как только индустрия подберётся к рубежу. Квантовые компьютеры, в отличие от электронных, не должны считаться с "шумом" – изменяющиеся характеристики проводников и температура могут создавать помехи. Преодоление этой преграды на пути к квантовым вычислениям, безусловно, займёт время и исследовательские ресурсы.

Вместе с уменьшением расстояния между компонентами чипмейкеры обнаруживают, что новые процессоры скорее нагреваются увеличенными темпами, чем становятся быстрее. Вместе со сложностями перехода на более прецизионные техпроцессы это вызывает тенденцию выпуска двух- и четырёхъядерных CPU. Размещение ядер вместе оставляет тепловыделение на приемлемом уровне, а вычислительная мощность растёт. Возможно, однажды потребность в огромном количестве вычислений заставит учёных обратиться к компьютерам с суперпроводниками и соответствующими рабочими температурами, стремящимися к абсолютному нулю (если успехи в этой сфере не откроют суперпроводимость при комнатных условиях). Но даже тогда, говорят Левитин и Тоффоли, фундаментальный лимит останется нерушим. Впрочем, его существование не обязательно воспринимать в негативном свете. Аронсон даже называет этот факт замечательным: "С точки зрения теоретиков неплохо знать о фундаментальной границе, абсолютном потолке. Вы скажете, что невозможность построить бесконечно быстрые компьютеры разочаровывает, но если взглянуть на картину мира в целом, то физическая теория, которая разрешает неограниченную скорость вычислений, говорит об ошибочном понимании этого мира".

Как вам новость?