Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 40
Да, что-то такое рассказывали на доп. занятиях по термодинамике в институте.
— Во-первых, идея квантового компьютера продвигается для того, что бы обойти принцип Ландауэра. И соответственно, консервативная логика для квантовых компьютеров не нужна.
— Во-вторых, помимо тепловой энергии, выделяемой при изменении состояния элемента, существует тепловая энергия, выделяемая при прохождении тока через элемент. Усложнение логической схемы для перехода на консервативную логику может породить совершенно другие проблемы. Это, конечно, верно, если вдруг не изобретут эффективные элементы повторителе и вентиле Фредкина.
— В-третьих, от предложения «В основе «проблемы тепловыделения» лежит глубокая связь между информационной и термодинамической энтропией, а также второе начало термодинамики, запрещающее уменьшение общей энтропии замкнутой системы.» Эйнштейн и Планк переворачиваются в гробу. Скорее всего в в оригинале имелось в виду под «информационной энтропией» — электромагнитная энтропия.
— Во-вторых, помимо тепловой энергии, выделяемой при изменении состояния элемента, существует тепловая энергия, выделяемая при прохождении тока через элемент. Усложнение логической схемы для перехода на консервативную логику может породить совершенно другие проблемы. Это, конечно, верно, если вдруг не изобретут эффективные элементы повторителе и вентиле Фредкина.
— В-третьих, от предложения «В основе «проблемы тепловыделения» лежит глубокая связь между информационной и термодинамической энтропией, а также второе начало термодинамики, запрещающее уменьшение общей энтропии замкнутой системы.» Эйнштейн и Планк переворачиваются в гробу. Скорее всего в в оригинале имелось в виду под «информационной энтропией» — электромагнитная энтропия.
Ну как бы вам сказать, это перевод, а не мое исследование. В оригинале «the two quantities can be identified, the conversion factor being given by relation 1 bit = k ln 2» = «эти две величины (информационную и термодинамическую температуру) можно отождествить, с учетом множителя 1 бит = k ln 2» (вторая страница, последняя строка). И дальше эта фраза много раз повторяется в разных вариантах.
И ничего я не перепутал. Это вы что-то путаете, по крайней мере фразу «электромагнитная энтропия» изобрели вы и сделали это только что, яндекс по крайней мере о таком ничего не слышал.
И ничего я не перепутал. Это вы что-то путаете, по крайней мере фразу «электромагнитная энтропия» изобрели вы и сделали это только что, яндекс по крайней мере о таком ничего не слышал.
> В одном грамме любого вещества имеется огромное, порядка…
В одном моле, если не ошибаюсь
В одном моле, если не ошибаюсь
Вы знаете слово «порядка»?
«Угадай именительный падеж, зная один другой»?
Я знаю, что правильно «моль», но в тексте почему-то грамм. Ну, если я не ошибаюсь в арифметике, в одном грамме кремния примерно 0.21*1023 атомов, что вполне укладывается в выражение «порядка 1023»… вот только не помню, сколько у одного атома там степеней свободы.
Для атомарных веществ с небольшой атомной массой (как кремний) это соотношение может примерно сохраняться, но утверждать, что это справедливо для любого вещества — точно не стоит. Например, один моль (6,022*10^23 атомов) урана будет весить ~1,4 кг, что в пересчёте на количество атомов в грамме даст результат порядка на 2 меньше.
Степеней свободы, я полагаю, должно быть 3, также как у одноатомного газа.
Степеней свободы, я полагаю, должно быть 3, также как у одноатомного газа.
Прим. пер.: статья рассчитана на физиков, поэтому авторы не приводят иллюстрации к очевидным для физиков вещам.В физике такие логические скачки встречаются очень часто.
давно такого удовольствия от текста и слога не получал. Спасибо за выбранную тему, качественный перевод и отличную в целом статью.
За ссылку на КТ отдельно спасибо. В общем-то Ваш текст мне и напомнил лучшие, с моей точки зрения, времена это замечательного журнала.
За ссылку на КТ отдельно спасибо. В общем-то Ваш текст мне и напомнил лучшие, с моей точки зрения, времена это замечательного журнала.
А если произвести вычисление, увеличивающее информационную энтропию — тепловая энтропия уменьшится или нет?
Бесовщинкой статья попахивает, хотя прочитал с большим удовольствием.
Прошу прощения, но по моему в послесловии переводчик сделал несколько гм., оптимистичное предположение о возможности не поглощающего(затем выделяющего, полагаю) энергию компьютера. По Тому же Ландауэру, собственно, и не получится. На макроуровне реально обратимых задач, решаемых на компьютерах я и придумать то затрудняюсь. И ЭВМ не замкнутая термодинамическая система.
Вроде все логично и правильно, но что-то вот беспокоит. Надо бы изучить вопрос, интересно.
Прошу прощения, но по моему в послесловии переводчик сделал несколько гм., оптимистичное предположение о возможности не поглощающего(затем выделяющего, полагаю) энергию компьютера. По Тому же Ландауэру, собственно, и не получится. На макроуровне реально обратимых задач, решаемых на компьютерах я и придумать то затрудняюсь. И ЭВМ не замкнутая термодинамическая система.
Вроде все логично и правильно, но что-то вот беспокоит. Надо бы изучить вопрос, интересно.
НЯП, на макроуровне обратимые задачи не нужны. Обычная задача, поставленная на макроуровне, на микроуровне расширяется до обратимой, с сохранением тех данных, которые обычно удаляются. Грубо говоря, мы просто игнорируем эти данные, но в железе они сохраняются именно в таком состоянии, которое требуется для отвода энергии оттуда, откуда она раньше непосредственно вылетала в трубу (т. е. в тепло).
Классная статья, спасибо.
К тегам стоило бы добавить «обратимые вычисления» (reversible computing), именно под этим заголовком я впервые прочитал о данной теме где-то в Компьютерре.
en.wikipedia.org/wiki/Reversible_computing
en.wikipedia.org/wiki/Reversible_computing
Сложно, спорно. Но как минимум, если я понимаю суть верно это позволяет пусть даже не уменьшить тепловыделение, но сместить его куда подальше от вычислительной схемы используя стоки.
прямая связь информации с энтропией завораживает. Не знал, зря прогуливал лекции, спасибо!
Интересно, но спорно в части тепловыделения. В теории всё хорошо, а на практике к стокам прибавятся тепловыделение при прохождении тока через элемент логики, потери на соединениях и пр. Как бы в результате реализуя блок + инвертированный не приблизится или даже не превзойти по тепловыделению классическую схему даже не смотря на высокое тепловыделение последней.
«Мужик, я ничего не понял, что ты сказал. Но ты мне близок. Ты… достучался до моего сердца.» (с) Джей и Молчаливый Боб наносят ответный удар.
На самом деле, пока не понял, как это может пригодится, но это одна из наиболее интересных статей за последнее време.
На самом деле, пока не понял, как это может пригодится, но это одна из наиболее интересных статей за последнее време.
Является ли формула k∙T∙ln 2 доказательством того, что информация является материей?
Допустим, мы сможем создать процессор основанный на обратимых вычислениях, и что нам это даст?
Поясню, если вычисления обратимы, то нам необходимо где-то сохранять каждое значение.
Имея процессор с тактовой частотой 3 Ггц, по 4 вычисления с плавающей точкой на такт, с 4мя ядрами, мы получим (3*10^9)*(4*2)*4=9.6*10^10 байт\сек, что соответствует 96 Гбайт\сек. У вас есть память, способная сохранять мусорные, никому не нужные результаты вычислений в таких количествах?
Да, принцип Ландауэра интересен, но не в наше время, как уже говорилось выше, нашим процессорам до него ещё на несколько порядков можно оптимизироваться. Поэтому пока(ближайшие пару десятилетий) — это не более чем занимательная теория.
Поясню, если вычисления обратимы, то нам необходимо где-то сохранять каждое значение.
Имея процессор с тактовой частотой 3 Ггц, по 4 вычисления с плавающей точкой на такт, с 4мя ядрами, мы получим (3*10^9)*(4*2)*4=9.6*10^10 байт\сек, что соответствует 96 Гбайт\сек. У вас есть память, способная сохранять мусорные, никому не нужные результаты вычислений в таких количествах?
Да, принцип Ландауэра интересен, но не в наше время, как уже говорилось выше, нашим процессорам до него ещё на несколько порядков можно оптимизироваться. Поэтому пока(ближайшие пару десятилетий) — это не более чем занимательная теория.
Более того… Я скажу что обойти принцип Ландауэра тайим способом хотя и можно, но это не более, чем способ утилизации тепла посредством одноразового использования памяти. Т.е. говоря другими словами вы пытаетесь поймать считанные кванты тепла и вместо рассеивания попытаться уместить их в ячейке памяти(будь то маленький конденсатор или химическая реакция на уровне молекул).
Пытаться построить процессор по этим требованиям просто утопично. Гораздо выгоднее поставить машину, которая работает на разнице температур процессора и окружающей среды. Эффект тот же, но нет необходимости извращаться с архитектурой процессора.
Пытаться построить процессор по этим требованиям просто утопично. Гораздо выгоднее поставить машину, которая работает на разнице температур процессора и окружающей среды. Эффект тот же, но нет необходимости извращаться с архитектурой процессора.
Вы ничего не поняли.
1. Промежуточные результаты, если все инструкции обратимы, хранить не нужно — они пойдут в дело на следующих шагах алгоритма.
2. В реальных алгоритмах да, появляются ненужные побочные результаты. Но они появляются не на каждом шаге, а только в конце алгоритма (те сливы, которые появляются на внутренних шагах, эффективно убиваются инвертной схемой). Вот конечные сливы придется или загонять в память, или рассеивать в пространстве. Но количество этих сливов есть O(N). А требуемое количество вентилей — O(2N). Вот именно это «оно нам даст».
1. Промежуточные результаты, если все инструкции обратимы, хранить не нужно — они пойдут в дело на следующих шагах алгоритма.
2. В реальных алгоритмах да, появляются ненужные побочные результаты. Но они появляются не на каждом шаге, а только в конце алгоритма (те сливы, которые появляются на внутренних шагах, эффективно убиваются инвертной схемой). Вот конечные сливы придется или загонять в память, или рассеивать в пространстве. Но количество этих сливов есть O(N). А требуемое количество вентилей — O(2N). Вот именно это «оно нам даст».
Возможно, некоторые алгоритмы можно таким методом решать с меньшим выделением тепла. Но что если взять в качестве примера вычисления в реальном времени (графика в играх, обработка входящих пакетов). Далеко не все вычисления можно представить в виде линейного алгоритма.
Но в любом случае, вопрос «какой в этом смысл?» остается в силе. Усложнение процессора в несколько раз ради долей процента теплового выделения не имеет смысла.
Это может иметь смысл при оптимизации процессоров в тысячи раз, исключительно линейных алгоритмах, когда тепловое выделение от уничтожения информации можно будет хотя бы сравнить с другими источниками выделения тепла.
Но в любом случае, вопрос «какой в этом смысл?» остается в силе. Усложнение процессора в несколько раз ради долей процента теплового выделения не имеет смысла.
Это может иметь смысл при оптимизации процессоров в тысячи раз, исключительно линейных алгоритмах, когда тепловое выделение от уничтожения информации можно будет хотя бы сравнить с другими источниками выделения тепла.
Не, там всё не так.
Сейчас компы работают на базе транзисторов в ключевом режиме. Более 90% тепла выделяется в операции переключения транзисторов между открытым и закрытым состоянием (между 0 и 1). Остальное — это разные паразитные потери. Сами транзисторы, пока их не переключают, потребляют совсем крошечный процент мощности.
Консервативная логика реализуется на колебательных LRC контурах и транзисторах в ключевом режиме. Частоты подобраны так, чтобы колебательные контуры были в резонансе, поэтому реактивное сопротивление схемы почти ноль, активное — копеечное. Переключения транзисторов практически не происходит, поэтому остаются только те самые паразитные 10%.
Проблема только в том, что в отличие от сопротивлений и конденсаторов, в кремнии нельзя сделать катушки (L).
Сейчас компы работают на базе транзисторов в ключевом режиме. Более 90% тепла выделяется в операции переключения транзисторов между открытым и закрытым состоянием (между 0 и 1). Остальное — это разные паразитные потери. Сами транзисторы, пока их не переключают, потребляют совсем крошечный процент мощности.
Консервативная логика реализуется на колебательных LRC контурах и транзисторах в ключевом режиме. Частоты подобраны так, чтобы колебательные контуры были в резонансе, поэтому реактивное сопротивление схемы почти ноль, активное — копеечное. Переключения транзисторов практически не происходит, поэтому остаются только те самые паразитные 10%.
Проблема только в том, что в отличие от сопротивлений и конденсаторов, в кремнии нельзя сделать катушки (L).
Блин, предыдущий комент рано отправился.
Так вот, сказать «усложнение в несколько раз» нельзя. Если считать по количеству вентилей, то схемы консервативной логики в среднем проще, чем аналогичные традиционные.
Но при этом сам вентиль Фредкина устроен намного сложнее вентиля И-НЕ. Но самое главное, конечно, необхомость использования индуктивностей.
Так вот, сказать «усложнение в несколько раз» нельзя. Если считать по количеству вентилей, то схемы консервативной логики в среднем проще, чем аналогичные традиционные.
Но при этом сам вентиль Фредкина устроен намного сложнее вентиля И-НЕ. Но самое главное, конечно, необхомость использования индуктивностей.
Пока не будет найден способ реализовать в наномаштабе компонент с индуктивностью, это всего лишь теория… Или реальность, но с большим количеством усложнений.
Мне стало интересно сколько именно дж\сек выдает процессор только из-за Ландауэра:
k*T*ln(2)*(транзисторов)*(частота) — 56.9С*, камень Tukwila для серверов, 100% загрузки
(1.38*10^-23)*330*ln(2)*(2*10^9)*(2*10^9)*1 = 0.0126 Дж\сек
Средний процессор выделяет 70 Дж\сек
Ландауэр вносит свой вклад в размере 0.018% или 1\5560
Согласно закону Мура потребуется ещё 11 циклов (16.5-22 года), пока пока принцип Ландауэра будет влиять на тепловыделение процессора хотя бы на треть.
www.kgs.ru/articles/tehnologii/news_2008-02-04-23-44-50-216.html — Tukwila
www.advercom.kz/index.php?option=com_content&task=view&id=126&Itemid=43 — Тепловыделение
— Хотя в предыдущих комментариях я действительно не учел внутренние шаги при вычислениях. Если обратимые вычисления действительно смогут снизить количество сливов с O(2^N) до O(N), то это будет действительно скачком вперед. Только ландауэр тут будет уже ни при чем. На данный момент даже квантовые компьютеры к нам ближе, чем обратимые вычисления.
П.С. мне кажется весьма сложным сделать реальный процессор, в котором все вентили подогнаны так, чтобы быть в резонансе друг с другом, несмотря на проводимые вычисления, взаимодействие магнитных полей друг с другом, быстрый саморазряд конденсаторов и принципиально иной способ построения логических схем.
Мне стало интересно сколько именно дж\сек выдает процессор только из-за Ландауэра:
k*T*ln(2)*(транзисторов)*(частота) — 56.9С*, камень Tukwila для серверов, 100% загрузки
(1.38*10^-23)*330*ln(2)*(2*10^9)*(2*10^9)*1 = 0.0126 Дж\сек
Средний процессор выделяет 70 Дж\сек
Ландауэр вносит свой вклад в размере 0.018% или 1\5560
Согласно закону Мура потребуется ещё 11 циклов (16.5-22 года), пока пока принцип Ландауэра будет влиять на тепловыделение процессора хотя бы на треть.
www.kgs.ru/articles/tehnologii/news_2008-02-04-23-44-50-216.html — Tukwila
www.advercom.kz/index.php?option=com_content&task=view&id=126&Itemid=43 — Тепловыделение
— Хотя в предыдущих комментариях я действительно не учел внутренние шаги при вычислениях. Если обратимые вычисления действительно смогут снизить количество сливов с O(2^N) до O(N), то это будет действительно скачком вперед. Только ландауэр тут будет уже ни при чем. На данный момент даже квантовые компьютеры к нам ближе, чем обратимые вычисления.
П.С. мне кажется весьма сложным сделать реальный процессор, в котором все вентили подогнаны так, чтобы быть в резонансе друг с другом, несмотря на проводимые вычисления, взаимодействие магнитных полей друг с другом, быстрый саморазряд конденсаторов и принципиально иной способ построения логических схем.
> те сливы, которые появляются на внутренних шагах, эффективно убиваются инвертной схемой
Может я что-то не до конца понял, но почему нельзя просто сливы замкнуть через диодный мост на константы? Тем самым весь заряд «ненужный» в данном месте пойдет туда, где он нужен…
Где я не прав?
Может я что-то не до конца понял, но почему нельзя просто сливы замкнуть через диодный мост на константы? Тем самым весь заряд «ненужный» в данном месте пойдет туда, где он нужен…
Где я не прав?
Эта статья для мня в избранном среди избранного, в том числе благодаря грамотному подходу с примечаниями в посте, но они несколько сдулись во второй половине. Но, сплошной торт, однозначно.
Оригинальный автор — суровый университетский препод? Сухо, академично, лаконично и конкретно. Чётко, как строевая подготовка «кремлёвского полка». Для популяризации не хватает капли легкомысленности в рассуждениях. IMHO.
Оригинальный автор — суровый университетский препод? Сухо, академично, лаконично и конкретно. Чётко, как строевая подготовка «кремлёвского полка». Для популяризации не хватает капли легкомысленности в рассуждениях. IMHO.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Консервативная логика