Max Home IndustryПервыми практическими компьютерами были аналоговые компьютеры, и теперь DARPA считает, что мы могли бы ускорить процесс, вернув их обратно.
Компьютеры, которые мы используем сегодня, являются цифровыми, а идея аналогового компьютера в значительной степени забыта или, в лучшем случае, занесена в книгу по истории.
Что такое аналоговый компьютер?
Ответ заключается в том, что это вычислительное устройство, которое предоставляет ответы путем физического моделирования интересующей системы. Например, если у вас есть дорожная сеть, и вы хотите найти кратчайший маршрут между двумя городами, тогда с помощью цифрового компьютера вы создаете представление дорожной сети, просматриваете каждый возможный путь и выбираете самый короткий.
Это занимает около n2 операций, где n — количество городов.
Теперь рассмотрим аналоговый подход.
Возьмите клубок веревки и отрежьте кусочки, которые представляют собой расстояние между каждой парой городов, но в дюймах, а не в милях. Свяжите нить вместе, чтобы создать физическую модель дорожной сети. Теперь, чтобы найти кратчайшее расстояние между двумя городами, возьмите нить сети, удерживая узлы, которые представляют два города, и разорвите их. Строка, которая вас останавливает, то есть первая, кого учат, — это кратчайший путь. Игнорируя время на создание модели, этот аналоговый алгоритм работает в фиксированное время независимо от количества городов.
В этом сила аналогового метода. Вам не нужно производить вычисления, потому что вселенная делает это за вас.
Проблема в том, что у аналоговых компьютеров были времена, когда механическое строительство было правилом. Умножение включало передаточные числа и другие математические операции, такие как интегрирование, требовало сложных на вид частей оборудования, которые выглядели так, как будто бы создал Руби Голдберг.
Дифференциальный анализатор в школе Мура около 1942 года.
С появлением интегральных схем аналоговые компьютеры возродились, потому что стало возможно вычислять функции, используя стандартный строительный блок — операционный усилитель или операционный усилитель. Эта единственная схема могла складывать, умножать, интегрировать и дифференцировать, и все, что вам нужно было сделать, чтобы создать аналоговую программу для решения любого дифференциального уравнения, — это правильно подключить их. Конечно, это не так просто, как просто написать программу, но именно так были запрограммированы первые цифровые компьютеры — Colossus и ENIAC, но они перешли к сохраненным проектам программ, которые избавили от необходимости перенастраивать каждый раз при изменении программы.
Ранний операционный усилитель 741 — Teravolt по лицензии CC
Сегодня аналоговые компьютеры в основном используются для решения фиксированных задач, таких как реализация радио или схемы кодирования. Вы не встретите аналоговые компьютеры общего назначения, и похоже, что DARPA хочет именно этого — аналоговый компьютер общего назначения. В запросе информации указано, что представляет интерес:
Масштабируемые, контролируемые и измеримые процессы, которые могут быть физически реализованы в сопроцессорах для ускорения вычислительных задач, часто встречающихся в научном моделировании.
Алгоритмы, использующие аналоговые, нелинейные, непоследовательные вычислительные примитивы или вычислительные примитивы с непрерывными переменными для уменьшения времени, пространства и коммуникативной сложности по сравнению с архитектурами фон Неймана / ЦП / ГП.
Системные архитектуры, планировщики, гибридные и специализированные интегральные схемы, языки вычислений, модели программирования, конструкции контроллеров и другие элементы для эффективной декомпозиции проблем, доступа к памяти и распределения задач между мультигибридными сопроцессорами
Методы моделирования и моделирования по прямой физической аналогии
В принципе, нетрудно понять, что аналоговые вычисления могут быть полезны для прогнозирования любой системы, которая может быть представлена дифференциальным уравнением — погоды, развития эпидемии, проектирования оптических систем и так далее. Фактически, это заставляет задуматься, почему мы потратили столько времени и усилий на создание цифровых суперкомпьютеров для таких задач, как прогнозирование погоды, когда аналоговый компьютер справился бы с этой задачей намного быстрее.
Ответ заключается в том, что на данный момент цифровой компьютер все еще проще, гибче и в большинстве случаев более точен, чем аналоговый компьютер. Чтобы добиться успеха, любой новый подход должен иметь дело с этими проблемами.