Santa Fe İnstitutu tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləriRabitə kanalının sxemi. Müəllif: Fiziki İcmal Tədqiqatı (2025). DOI: 10.1103/qvc2-32xr

Kompüterdə yerinə yetirdiyimiz hər bir iş – istər rəqəmləri cırmaq, istər video izləmək, istərsə də məqalə yazmaq – maşının müxtəlif komponentlərinin bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmasını tələb edir. Nyu-Meksiko Universitetinin doktorluq dərəcəsi alimi, keçmiş SFI aspirantı Abhishek Yadav deyir ki, “Ünsiyyət istənilən hesablama üçün çox vacibdir.” Lakin elm adamları hesablama cihazlarının rabitəyə nə qədər enerji sərf etdiyini tam olaraq anlamırlar.

Son on ildə SFI professoru David Wolpert hesablamanın termodinamik xərclərinin əsasını təşkil edən prinsipləri açmaq üçün tədqiqatlara rəhbərlik etmişdir .

Volpert qeyd edir ki, “rabitə xərclərinin termodinamik sərhədlərinin” müəyyən edilməsi bu sahədə nəzərdən qaçırılan, lakin vacib bir məsələdir, çünki bu, təkcə kompüterlərə deyil, həm də bütün rabitə sistemlərinə aiddir. “Bunlar müasir cəmiyyəti dəstəkləyən hər şeydir”, – deyə o bildirir.

Yeni araşdırma enerji xərclərini ortaya qoyur

İndi isə, Yadav və Wolpert tərəfindən birgə müəlliflik edilən Physical Review Research jurnalında aparılan bir araşdırma , məlumatın sistem üzərindən ötürülməsi zamanı baş verən qaçılmaz istilik yayılmasına işıq salır və prinsipcə ünsiyyətin heç bir enerji xərci tələb etmədiyi barədə əvvəlki bir fikrə meydan oxuyur.

Tədqiqat üçün tədqiqatçılar kompüter elmləri, kommunikasiya nəzəriyyəsi və smartfonlar və noutbuklar da daxil olmaqla real dünyadakı tarazlıqdan kənar sistemlərlə məşğul olan statistik fizikanın bir qolu olan stoxastik termodinamikadan prinsipləri istifadə etmiş və birləşdirmişlər.

Kanallarda istilik yayılmasını anlamaq

Tədqiqatçılar ümumi rabitə kanallarının məntiqi abstraksiyasından istifadə edərək, sistemin bir məlumat vahidini ötürmək üçün yaymalı olduğu minimum istilik miqdarını müəyyən etdilər. Bu abstraksiya istənilən rabitə kanalına – süni (məsələn, optik kabel) və ya bioloji (məsələn, beyində siqnal ötürən neyron) tətbiq oluna bilər.

Real dünya rabitə kanallarında həmişə məlumat ötürülməsinə mane ola biləcək müəyyən səs-küy olur və Yadav və Wolpert tərəfindən hazırlanmış çərçivə göstərir ki, minimum istilik yayılmasının ən azı kanalın səs-küyündən süzülən faydalı məlumatın – texniki olaraq qarşılıqlı məlumat adlanan – miqdarına bərabərdir.

Kodlaşdırma, dekodlaşdırma və onların enerjili kompromisləri

Daha sonra, kodlaşdırma və dekodlaşdırma ilə əlaqəli minimum termodinamik xərcləri əldə etmək üçün müasir kompüterlərin hesablamaları necə yerinə yetirdiyinə dair daha geniş tətbiq olunan bir abstraksiyadan istifadə etdilər.

Kodlaşdırma və dekodlaşdırma addımları kanal səs-küyünü azaltmaqla mesajların etibarlı ötürülməsini təmin edir. Burada tədqiqatçılar əhəmiyyətli bir fikir əldə etdilər: daha yaxşı kodlaşdırma və dekodlaşdırma alqoritmləri vasitəsilə məlumat ötürülməsinin dəqiqliyinin artırılması sistem daxilində istilik yayılmasının artması bahasına başa gəlir.

Gələcək texnologiya üçün təsirlər

Rabitə kanalları vasitəsilə məlumat göndərməyin qaçılmaz enerji xərclərinin aşkarlanması enerjiyə qənaət edən sistemlərin qurulmasına kömək edə bilər. Yadav hesab edir ki, mövcud kompüterlərdə istifadə olunan fon Neyman arxitekturası CPU və yaddaş arasında rabitə ilə əlaqəli əhəmiyyətli enerji xərcləri yaradır.

“Qeyd etdiyimiz prinsiplər gələcək kompüter arxitekturası üçün ilham almaq üçün istifadə edilə bilər”, – deyə o bildirir.

Bu enerji xərcləri bütün rabitə kanallarına tətbiq olunduğundan, bu iş tədqiqatçılar üçün bioloji neyronlardan süni məntiqi dövrələrə qədər rabitənin vacib olduğu müxtəlif enerjiyə ehtiyacı olan mürəkkəb sistemlərin anlaşılmasını dərinləşdirmək üçün potensial bir yol təqdim edir. Yadav deyir ki, bədənin kalori büdcəsinin 20%-ni yandırmasına baxmayaraq, beyin enerjini süni kompüterlərdən daha səmərəli istifadə edir.

“Beləliklə, beyin kimi təbii hesablama sistemlərinin rabitə ilə bağlı xərclərin öhdəsindən necə gəldiyini görmək maraqlı olardı.”

Daha çox məlumat: Abhishek Yadav və digərləri, Rabitənin minimal termodinamik dəyəri, Fiziki İcmal Tədqiqatı (2025). DOI: 10.1103/qvc2-32xr

Jurnal məlumatları: Fiziki İcmal Tədqiqatı Santa Fe İnstitutu tərəfindən təmin edilir