۱۸-۰۸-۹۳، ۰۱:۳۸ ب.ظ
محاسبات كوانتومي يك زمينة جديد و اميدواركننده با قابليت بالقوه بالاي محاسباتي است، اگر در مقياس بزرگ ساخته شود. چندين چالش عمده در ساخت رايانة كوانتومي بزرگ مقياس، وجود دارد: بررسي و تصديق محاسبات و معماري سيستم آن.
قدرت محاسبات كوانتومي در قابليت ذخيره‌سازي يك حالت پيچيده در قالب يك "بيت" ساده نهفته است.
روش‌هاي نويني به منظور ساخت مدارهاي منطقي سطح پائين، سوئيچ‌كننده‌ها، سيم‌ها، دروازه‌هاي اطلاعاتي، تحت پژوهش و توسعه قرار گرفته‌اند كه كاملاً متفاوت از تكنيك‌هاي حاضرند و به طور عميقي ساخت مدارهاي منطقي پيشرفته را تحت تأثير قرار مي‌دهند. از برخي از ديدگاه‌ها، در آينده‌اي نزديك، در حدود 20 سال آينده، طراحان مدارهاي منطقي ممكن است به مدارهائي دسترسي پيدا كنند كه يك بيليون بار از مدارهاي حال حاضر سريعترند.
مسائلي نظير طراحي، بكارگيري، تعمير و نگهداري و كنترل اين ابرسيستم‌ها به گونه‌اي كه پيچيدگي بيشتر به كارآئي بالاتري منتهي شود، زماني كه سيستم‌هاي منطقي شامل 107، سوئيچ باشد،مهم است. به سختي ممكن است كه آنها را به طور كامل و بي‌نقص، بسازيم، بنابر اين رسيدگي و اصلاح عملگرهاي شامل بررسي هزاران منبع خواهد بود. از اين رو طراحي يك سيستم با فضاي حداقل، حداقل هزينه در زمان و منابع، يك ارزش است. چنين سيستمي مي‌تواند در قالب "توزيع يافته"، "موازي" ويا در يك چهارچوب "سلسله مراتبي" قرار گيرد.
سخت‌افزارها و مدارهاي منطقي راه درازي را پيموده‌اند. ترانزيستورهاي استفاده شده در يك مدار سادة CPU چندين ميليون بار كوچكتر از ترانزيستور اصلي ساخته شده درسال 1947 است. اگر يك ترانزيستور حال حاضر با تكنولوژي 1947 ساخته شود نيازمند يك كيلومتر مربع سطح مي‌باشد (قانون مور)، در حالي كه در 10 الي 20 سال آينده تكنولوژي موفق به گشودن راهي جهت توليد مدارهاي منطقي 3 بعدي خواهد شد.
در اين ميان، چندين پرسش سخت و پژوهشي كه در آكادمي‌ها وصنعت به آن پرداخته مي‌شود وجود دارد:
1)گرفتن پيچيدگي‌ها در تحليل روش‌هاي توليد SWITCH ،در روش‌هاي متولد شده به منظور مدل‌سازي چگونگي كارآئي آنها، در مدارهاي منطقي مورد نياز مهندسان، و امتيازات روش‌هاي نوين فناورانه بر روش هاي كلاسيك.
2) لحاظ كردن ملاحظاتي مبني بر تعداد سوئيچ‌ها در واحد سطح و حجم در درون ابزار (گنجايش)، تعداد نهائي سوئيچ‌ها در درون ابزار (حجم)، شرايط حدي عملگرها، سرعت عملگرها، توان مورد نياز، هزينة توليد و قابليت اعتماد به توليد و دورة زماني چرخة عمر آن.
پاسخ اين تحليل ها جهت پژوهش‌ها را به سمت روش‌هاي بهتر توليد سوييچ، هدايت خواهد كرد. ودر نهايت يافتن اين كه چگونه يك روش ويژه در بهترين شكلش مورد استفاده قرار خواهد گرفت و نيز تحليل و تباين روش‌هاي مختلف توليد.
3) حركت به سمت طراحي ظرفيت ابزار، جهت استفادة مؤثر از 1017 ترانزيستور يا سوئيچ است. چنين طراحي‌هائي در مقياس‌هاي مطلوب ، حتي بي‌شباهت در مقايسه با افزايش ظرفيت ابزارها خواهد بود.
4) طراحي‌هاي قويتر و ابزارهاي بررسي قويتر به منظور طراحي "مدارهاي منطقي" با چندين مرتبة مغناطيسي بزرگتر و پيچيده‌تر.
5) طراحي پروسه‌هاي انعطاف‌پذيرتر جهت مسير توليد از مرحلة طراحي منطقي، آزمايش و بررسي، تا بكارگيري در سخت‌افزار.
پروسه‌ها مي‌بايستي به قدري انعطاف‌پذير باشند كه:
الف) توسعة اشتراكي درطراحي، آزمايش و ساخت ،به گونه‌اي كه هيچ يك از اين گام‌ها تثبيت شده نباشد.
ب) توسعه طراحي، و بررسي به منظور كاوش يك روش نوين ساخت با هدف تقويت نقاط قوت و كم كردن نقاط ضعف .هر نوع از سيستم نانويي كه توسط طراحان ساخته مي‌شود مي‌بايستي صحت عملكرد آن تضمين شود.
شاخص مقياس حقيقي و لايه‌هاي افزوده شدة نامعين در سيستم‌هاي نانوئي، نيازمند انقلاب در طراحي سيستم‌ها و الگوريتم‌ها است. روش‌هائي كه در زير معرفي مي‌شود، الگوريتم‌هائي هستند كه به صورت بالقوه قادرند مسأله پيچيدگي محاسبات را كاهش دهند.
1) بررسي مقياسي سيستم‌هاي نانوئي:
مانع بزرگي به نام« بررسي چند ميليون ابزار نانومقياس»، نياز به روش‌هاي انقلابي به منظور بررسي سيستم‌هائي كه ذاتاً بزرگتر، پيچيده‌تر و داراي درجات نامعيني پيچيده‌تري هستند، را روشن مي‌كند. در ابتدا مروري كوتاه خواهيم داشت بر ضرورت "آزمايش مدل.
آزمايش مدل از روش‌هاي پذيرفته شده و رسمي در حوزة بررسي روش‌هاي ساخت است. اين حوزه شامل كاوش فضاي طراحي است به منظور ديدن اين نكته كه خواص مطلوب در مدل طراحي شده حفظ شده باشد، به گونه اي كه اگر يكي ازاين خواص، مختل شده باشد، يك""Counter Example توليد شود.
Model Checking Symbolic بر مبناي ROBDDها يك نمونه از اين روش‌ها است.
بهرحال، BDDها به منظور حل مسائل ناشي از خطاي حافظه بكار گرفته مي‌شوند و براي مدارات بزرگتر با تعداد حالات بزرگتر و متغيرتر مقياس پذير نمي‌باشند.
دو روش عمده براي حل اين مسأله وجود دارد:
يك روش حل مبتني بر محدود كردن آزمايش كنندة مدل به يك مدار unbounded، است كه به نام "unbounded model checking" يا UMC ناميده مي‌شود، به گونه‌اي كه خواص آزمايش شده به تعداد دلخواه از Time-Frame" "ها وابستگي ندارد.
روش ديگر مبتني بر مدل "مدار محدوداستوار است كه به نام BMC ناميده مي‌شود در اين روش بررسي مدل با تعداد ويژه و محدودي از Time-Frame" "ها صورت مي‌گيرد.
ابتدا در مورد فرمولاسيون UMC كه مبتني بر "رسيدن به سرعت در مراتب مغناطيسي" است و به وسيلة تكنيك‌هاي مقياس پذير"BMC" پيروي مي‌شود، بحث مي‌كنيم و بالاخره اين كه چهارچوبي را براي بررسي و لحاظ كردن درجات نامعيني به سيستم، معرفي مي‌كنيم.
2- "UMC" مقياس‌پذير:
مزيت"UMC" بر "BMC" در كامل بودن آن است. روش "UMC" مي‌تواند خواص مدل را همانگونه كه هست لحاظ كند زيرا اين روش مبتني بر قابليت آزمايش به كمك نقاط ثابت است. عيب اين روش در اين است كه""ROBDD كاملاً به مرتبة متغيرها حساس است. ابعاد BDD مي‌تواند غيرمنطقي باشد اگر مرتبة متغيرها بد انتخاب شود. در پاره‌اي از موارد (نظير يك واحد" ضرب") هيچ مرتبة متغيري به منظور رسيدن به يك ROBDD كامل كه نمايشگر عملكرد مدار باشد، وجود ندارد. به علاوه، براي خيلي از شواهد مسأله، حتي اگر ROBDD براي روابط انتقال ساخته شود، حافظه مي‌تواند هنوز در خلال عمل كميت‌گذاري، بتركد. پژوهش‌هاي اخير بر بهبود الگوريتم‌هاي BDD جهت كاهش انفجار حافظه استوار و استفاده از خلاصه نگاري و تكنيك‌هاي كاهش، جهت كاهش اندازه مدل، تمركز يافته‌اند.
"SAT Solver"ها ضميمة BDD ها مي‌شوند. روابط انتقال يك سيستم در قالب K، Time-Frame"" باز مي‌شود. "SAT" هابه ابعاد مسأله كمتر حساسند. اما به هر حال، SATها داراي يك محدوديت هستند و آن اين كه خواص يك مدار را با تعداد محدودي (K)، مي‌سنجند.
اگر هيچ Countervecample در K، Time-Frame يافت نشد، هيچ تضميني براي همگرائي حل مسأله وجود ندارد.
BMC"" در مقايسه با UMC"" مبتني بر"BDD" ،كامل نمي‌باشد. اين روش مي‌تواند فقط "Counter Example"ها را بيابد و قادر به محاسبة خواص نمي‌باشد مگر آن كه يك حد بر روي حداكثر اندازة Counter Example"" تعيين شود.
روشي براي تركيب SAT-Solver و BDD به صورت فرمول CNF به كار گرفته شده است.
منبع:http://www.nano.ir
قدرت محاسبات كوانتومي در قابليت ذخيره‌سازي يك حالت پيچيده در قالب يك "بيت" ساده نهفته است.
روش‌هاي نويني به منظور ساخت مدارهاي منطقي سطح پائين، سوئيچ‌كننده‌ها، سيم‌ها، دروازه‌هاي اطلاعاتي، تحت پژوهش و توسعه قرار گرفته‌اند كه كاملاً متفاوت از تكنيك‌هاي حاضرند و به طور عميقي ساخت مدارهاي منطقي پيشرفته را تحت تأثير قرار مي‌دهند. از برخي از ديدگاه‌ها، در آينده‌اي نزديك، در حدود 20 سال آينده، طراحان مدارهاي منطقي ممكن است به مدارهائي دسترسي پيدا كنند كه يك بيليون بار از مدارهاي حال حاضر سريعترند.
مسائلي نظير طراحي، بكارگيري، تعمير و نگهداري و كنترل اين ابرسيستم‌ها به گونه‌اي كه پيچيدگي بيشتر به كارآئي بالاتري منتهي شود، زماني كه سيستم‌هاي منطقي شامل 107، سوئيچ باشد،مهم است. به سختي ممكن است كه آنها را به طور كامل و بي‌نقص، بسازيم، بنابر اين رسيدگي و اصلاح عملگرهاي شامل بررسي هزاران منبع خواهد بود. از اين رو طراحي يك سيستم با فضاي حداقل، حداقل هزينه در زمان و منابع، يك ارزش است. چنين سيستمي مي‌تواند در قالب "توزيع يافته"، "موازي" ويا در يك چهارچوب "سلسله مراتبي" قرار گيرد.
سخت‌افزارها و مدارهاي منطقي راه درازي را پيموده‌اند. ترانزيستورهاي استفاده شده در يك مدار سادة CPU چندين ميليون بار كوچكتر از ترانزيستور اصلي ساخته شده درسال 1947 است. اگر يك ترانزيستور حال حاضر با تكنولوژي 1947 ساخته شود نيازمند يك كيلومتر مربع سطح مي‌باشد (قانون مور)، در حالي كه در 10 الي 20 سال آينده تكنولوژي موفق به گشودن راهي جهت توليد مدارهاي منطقي 3 بعدي خواهد شد.
در اين ميان، چندين پرسش سخت و پژوهشي كه در آكادمي‌ها وصنعت به آن پرداخته مي‌شود وجود دارد:
1)گرفتن پيچيدگي‌ها در تحليل روش‌هاي توليد SWITCH ،در روش‌هاي متولد شده به منظور مدل‌سازي چگونگي كارآئي آنها، در مدارهاي منطقي مورد نياز مهندسان، و امتيازات روش‌هاي نوين فناورانه بر روش هاي كلاسيك.
2) لحاظ كردن ملاحظاتي مبني بر تعداد سوئيچ‌ها در واحد سطح و حجم در درون ابزار (گنجايش)، تعداد نهائي سوئيچ‌ها در درون ابزار (حجم)، شرايط حدي عملگرها، سرعت عملگرها، توان مورد نياز، هزينة توليد و قابليت اعتماد به توليد و دورة زماني چرخة عمر آن.
پاسخ اين تحليل ها جهت پژوهش‌ها را به سمت روش‌هاي بهتر توليد سوييچ، هدايت خواهد كرد. ودر نهايت يافتن اين كه چگونه يك روش ويژه در بهترين شكلش مورد استفاده قرار خواهد گرفت و نيز تحليل و تباين روش‌هاي مختلف توليد.
3) حركت به سمت طراحي ظرفيت ابزار، جهت استفادة مؤثر از 1017 ترانزيستور يا سوئيچ است. چنين طراحي‌هائي در مقياس‌هاي مطلوب ، حتي بي‌شباهت در مقايسه با افزايش ظرفيت ابزارها خواهد بود.
4) طراحي‌هاي قويتر و ابزارهاي بررسي قويتر به منظور طراحي "مدارهاي منطقي" با چندين مرتبة مغناطيسي بزرگتر و پيچيده‌تر.
5) طراحي پروسه‌هاي انعطاف‌پذيرتر جهت مسير توليد از مرحلة طراحي منطقي، آزمايش و بررسي، تا بكارگيري در سخت‌افزار.
پروسه‌ها مي‌بايستي به قدري انعطاف‌پذير باشند كه:
الف) توسعة اشتراكي درطراحي، آزمايش و ساخت ،به گونه‌اي كه هيچ يك از اين گام‌ها تثبيت شده نباشد.
ب) توسعه طراحي، و بررسي به منظور كاوش يك روش نوين ساخت با هدف تقويت نقاط قوت و كم كردن نقاط ضعف .هر نوع از سيستم نانويي كه توسط طراحان ساخته مي‌شود مي‌بايستي صحت عملكرد آن تضمين شود.
شاخص مقياس حقيقي و لايه‌هاي افزوده شدة نامعين در سيستم‌هاي نانوئي، نيازمند انقلاب در طراحي سيستم‌ها و الگوريتم‌ها است. روش‌هائي كه در زير معرفي مي‌شود، الگوريتم‌هائي هستند كه به صورت بالقوه قادرند مسأله پيچيدگي محاسبات را كاهش دهند.
1) بررسي مقياسي سيستم‌هاي نانوئي:
مانع بزرگي به نام« بررسي چند ميليون ابزار نانومقياس»، نياز به روش‌هاي انقلابي به منظور بررسي سيستم‌هائي كه ذاتاً بزرگتر، پيچيده‌تر و داراي درجات نامعيني پيچيده‌تري هستند، را روشن مي‌كند. در ابتدا مروري كوتاه خواهيم داشت بر ضرورت "آزمايش مدل.
آزمايش مدل از روش‌هاي پذيرفته شده و رسمي در حوزة بررسي روش‌هاي ساخت است. اين حوزه شامل كاوش فضاي طراحي است به منظور ديدن اين نكته كه خواص مطلوب در مدل طراحي شده حفظ شده باشد، به گونه اي كه اگر يكي ازاين خواص، مختل شده باشد، يك""Counter Example توليد شود.
Model Checking Symbolic بر مبناي ROBDDها يك نمونه از اين روش‌ها است.
بهرحال، BDDها به منظور حل مسائل ناشي از خطاي حافظه بكار گرفته مي‌شوند و براي مدارات بزرگتر با تعداد حالات بزرگتر و متغيرتر مقياس پذير نمي‌باشند.
دو روش عمده براي حل اين مسأله وجود دارد:
يك روش حل مبتني بر محدود كردن آزمايش كنندة مدل به يك مدار unbounded، است كه به نام "unbounded model checking" يا UMC ناميده مي‌شود، به گونه‌اي كه خواص آزمايش شده به تعداد دلخواه از Time-Frame" "ها وابستگي ندارد.
روش ديگر مبتني بر مدل "مدار محدوداستوار است كه به نام BMC ناميده مي‌شود در اين روش بررسي مدل با تعداد ويژه و محدودي از Time-Frame" "ها صورت مي‌گيرد.
ابتدا در مورد فرمولاسيون UMC كه مبتني بر "رسيدن به سرعت در مراتب مغناطيسي" است و به وسيلة تكنيك‌هاي مقياس پذير"BMC" پيروي مي‌شود، بحث مي‌كنيم و بالاخره اين كه چهارچوبي را براي بررسي و لحاظ كردن درجات نامعيني به سيستم، معرفي مي‌كنيم.
2- "UMC" مقياس‌پذير:
مزيت"UMC" بر "BMC" در كامل بودن آن است. روش "UMC" مي‌تواند خواص مدل را همانگونه كه هست لحاظ كند زيرا اين روش مبتني بر قابليت آزمايش به كمك نقاط ثابت است. عيب اين روش در اين است كه""ROBDD كاملاً به مرتبة متغيرها حساس است. ابعاد BDD مي‌تواند غيرمنطقي باشد اگر مرتبة متغيرها بد انتخاب شود. در پاره‌اي از موارد (نظير يك واحد" ضرب") هيچ مرتبة متغيري به منظور رسيدن به يك ROBDD كامل كه نمايشگر عملكرد مدار باشد، وجود ندارد. به علاوه، براي خيلي از شواهد مسأله، حتي اگر ROBDD براي روابط انتقال ساخته شود، حافظه مي‌تواند هنوز در خلال عمل كميت‌گذاري، بتركد. پژوهش‌هاي اخير بر بهبود الگوريتم‌هاي BDD جهت كاهش انفجار حافظه استوار و استفاده از خلاصه نگاري و تكنيك‌هاي كاهش، جهت كاهش اندازه مدل، تمركز يافته‌اند.
"SAT Solver"ها ضميمة BDD ها مي‌شوند. روابط انتقال يك سيستم در قالب K، Time-Frame"" باز مي‌شود. "SAT" هابه ابعاد مسأله كمتر حساسند. اما به هر حال، SATها داراي يك محدوديت هستند و آن اين كه خواص يك مدار را با تعداد محدودي (K)، مي‌سنجند.
اگر هيچ Countervecample در K، Time-Frame يافت نشد، هيچ تضميني براي همگرائي حل مسأله وجود ندارد.
BMC"" در مقايسه با UMC"" مبتني بر"BDD" ،كامل نمي‌باشد. اين روش مي‌تواند فقط "Counter Example"ها را بيابد و قادر به محاسبة خواص نمي‌باشد مگر آن كه يك حد بر روي حداكثر اندازة Counter Example"" تعيين شود.
روشي براي تركيب SAT-Solver و BDD به صورت فرمول CNF به كار گرفته شده است.
منبع:http://www.nano.ir
ستایش یعنی این حسی که دارم
:)