Двое ученых из США - Массимилиано Ди Вентра и Юрий Першин - предложили концепцию принципиально нового типа компьютеров. Возможно, эта работа войдет в историю компьютерной техники, так как речь в ней идет о технологиях, доступных уже сегодня.

Труд физиков озаглавлен "Мемкомпьютинг: вычислительная парадигма для хранения и обработки информации на одной физической платформе" и доступен в том числе через архив препринтов arxiv.org. В нем идет речь про то, как уже на базе имеющихся у человечества знаний создать принципиально новые компьютерные системы - лишенные фундаментальных недостатков всей современной техники. Новый тип вычислительных устройств обещает быть компактнее, быстрее, он будет лучше справляться с некоторыми специфическими задачами вроде поиска путей и вдобавок реализованные на новых принципах электронные схемы смогут сами исправлять повреждения. Последнее, впрочем, умеют делать и некоторые современные чипы, но в данном случае речь идет не о специально предусмотренном свойстве конкретной микросхемы, а о способности, которая следует из самой идеи построения мемкомпьютеров.

"Мем" в данном случае обозначает не расхожую идею или гуляющую по сети картинку - это указание на то, на чем держится вся система. В основе идеи Ди Вентра и Першина лежит новый класс элементов электрических цепей - мемристоры, мемконденсаторы и мемдуктивности. Эти детали будущих компьютеров представляют собой аналог обычных сопротивлений, конденсаторов и индуктивностей с одним очень важным дополнительным свойством: их параметры меняются в зависимости от прошлого состояния. То есть, к примеру, величина электрического сопротивления падает после того, как элемент пропустил через себя несколько импульсов тока.

Первые мемристоры, полученные в 2008 году.

Эта способность запоминать (memory - "память", отсюда и приставка mem) прошлые события позволяет реализовать хранение информации во всех трех типах элементов и - ключевой момент - при помощи тех же самых электронных компонентов обрабатывать информацию. В этом и заключена суть прорыва, так как все современные вычислительные системы, от калькулятора и управляющего микроволновкой чипа до суперкомпьютеров и серверов Яндекса построены по принципу "процессор отдельно, память отдельно". И фундаментальным ограничением производительности служит невозможность сколь угодно быстро передавать данные из памяти к процессору и от процессора к памяти (продвинутые любители на этом месте вспомнят про "частоту шины" - число импульсов в секунду, которые можете передать материнская плата компьютера).

Если вычисления происходят там же, где и хранятся данные, то ничего передавать никуда не надо. Более того, исчезает понятие "процессор" как таковое. Вычисления идут параллельными потоками непосредственно в памяти... и если вы скажете, это невозможно, то авторы новой статьи с этим не согласятся. Они даже указывают, где посмотреть на систему, которая уже работает на схожих принципах и в которой нет ни процессора, ни памяти. Где? В ближайшем зеркале: наш мозг, судя по всем накопленным нейробиологами данным, хранит и обрабатывает информацию одними и теми же нейронами. Новая парадигма предполагает построение схем, которые являются лучшим приближением к мозгу по сравнению с классической архитектурой компьютеров. И, кстати, мы еще до сих пор не сказали про то, что концепция Ди Вентра и Первушина предполагает переход к аналоговым сигналам. И про то, что там нет транзисторов - возможно, что ваш сворачиваемый в трубочку полупрозрачный смартфон, купленный в канун нового, 2032, года, будет на аналоговых бестранзисторных схемах.

"Транзисторы - это активные компоненты и их работа требует достаточно много энергии, в то время как плотно упаковать их затруднительно, - пишут ученые в своей статье, - вряд ли от них получится избавиться полностью, но к этому надо стремиться". Мы сбились со счета, но это, кажется, еще один переворот: современная электроника без транзисторов просто немыслимы и даже скромный процессор ноутбука, где пишется этот текст, содержит десятки миллионов транзисторов на одном лишь чипе центрального процессора. А большой настольный компьютер, стоящий рядом, уже ведет счет на миллиарды.

Причем в отличие от квантовых компьютеров, вычислительные ячейки которых работают при сверхнизких температурах, стоят немыслимых для обывателя денег, требуют пару заставленных оборудованием столов и при этом до сих пор толком ничего не считают... в отличие от этих монстров мемпьютеры не требуют каких-то неизвестных нам технологий. Их основа - мемристоры, мемконденсаторы и мемдуктивности - уже можно делать в промышленном масштабе. С возможностью миниатюризации. С размерами даже меньше, чем обычная электроника. И это еще не все: распределенная структура мемпьютеров позволяет легко и непринужденно реализовать алгоритм обхода поврежденных участков. Для тех, кто проектирует системы управления космической техникой или просто работающие где-нибудь в труднодоступном и неприятном месте устройства - это настоящий подарок. В чип попала частица жесткого космического излучения, прожгла насквозь несколько элементов? Не беда, мемпьютеры - серийные, просим заметить, а не радиационно стойкие чипы по цене квартиры в центре города за одну штуку - умеют справляться со своей задачей и в обход выжженных участков.

Остается только ждать новых работ. С момента появления первых работ по теории современных компьютеров до массового шествия электроники по планете прошло несколько десятков лет, но заметная часть времени была потрачена на переход от радиоламп к транзисторам и на создание микросхем. Мы уже умеем делать микросхемы, так что новая революция может произойти намного быстрее.