يوضح البروفيسور شاهار كوتينسكي: "إن محاولة إجراء العمليات الحسابية في وحدة الذاكرة ليست جديدة تمامًا، لكن تنفيذها التكنولوجي معقد للغاية ويمثل تحديًا. ويرجع ذلك جزئيًا إلى اختلاف الخصائص الفيزيائية بين المكونات الحسابية في المعالج (الترانزستورات) ومكونات التخزين المختلفة الموجودة اليوم في ذاكرات الكمبيوتر. وقد تمكنوا حتى الآن بصعوبة كبيرة من إجراء حسابات قريبة من وحدات التخزين، مما أدى إلى تقليل تكلفة نقل المعلومات بين الوحدات. كما جرت محاولات لاستخدام خلايا الذاكرة في الحساب، ولكن في معظم الأحيان تكون عملية حسابية محدودة تختلف في جوهرها عن الحساب الرقمي الذي يتم إجراؤه في المعالج."
يقدم الباحثون في كلية فيتربي للهندسة الكهربائية في التخنيون تقدمًا كبيرًا في استخدام ذاكرة الكمبيوتر لإجراء العمليات الحسابية. البحث المنشور في IEEE Transactions on Electro Devices أشرف عليه البروفيسور شاهار كوتنسكي (كفاتينسكي) والماجستير باراك هوبر، بالتعاون مع المجموعة البحثية للبروفيسور راينر فاسر من مركز أبحاث يوليش والباحثين الدكتور فيكس رانا. والدكتور ستيفان مينزل.
وفقا للبروفيسور كوتينسكي، فإن البنية الأساسية للكمبيوتر لم تتغير كثيرا منذ أن تم بناء أجهزة الكمبيوتر الأولى في الأربعينيات. "إن الكمبيوتر الكلاسيكي الذي نعرفه مبني على وحدتين مركزيتين - المعالج الذي يقوم بإجراء العمليات الحسابية والذاكرة التي تخزن المعلومات. وفي هاتين الوحدتين، حدث تحسن نيزكي في العقود التالية - فقد زاد معدل حساب المعالجات بشكل كبير وزاد حجم التخزين في وحدات الذاكرة أيضًا بشكل كبير - لكن الاتصال بينهما أصبح عنق الزجاجة الذي يحد من معدل حساب الكمبيوتر بأكمله. وذلك لأن نقل المعلومات من المعالج إلى الذاكرة وإعادتها يكون أبطأ بكثير من الحساب نفسه ويستهلك الكثير من الطاقة."
في السنوات الأخيرة، ركز البروفيسور كوتنسكي على عدة طرق لحل مشكلة فصل الذاكرة عن المعالج، ويوضح المقال الحالي كيف يمكن إجراء، باستخدام وحدات الذاكرة نفسها، حسابات رقمية مماثلة لتلك التي يؤديها المعالج . هذا مع العلم أنه إذا تم تنفيذ الحساب والتخزين بواسطة نفس الوحدة، فإن "اختناقات المرور" التي تم إنشاؤها أثناء الانتقال بين المعالج والذاكرة ستختفي.
يوضح البروفيسور كوتينسكي: "إن محاولة إجراء العمليات الحسابية في وحدة الذاكرة ليست جديدة تمامًا، لكن تنفيذها التكنولوجي معقد للغاية ويمثل تحديًا. ويرجع ذلك جزئيًا إلى اختلاف الخصائص الفيزيائية بين المكونات الحسابية في المعالج (الترانزستورات) ومكونات التخزين المختلفة الموجودة اليوم في ذاكرات الكمبيوتر. وقد تمكنوا حتى الآن بصعوبة كبيرة من إجراء حسابات قريبة من وحدات التخزين، مما أدى إلى تقليل تكلفة نقل المعلومات بين الوحدات. كما جرت محاولات لاستخدام خلايا الذاكرة في الحساب، ولكن في معظم الأحيان تكون عملية حسابية محدودة تختلف في جوهرها عن الحساب الرقمي الذي يتم إجراؤه في المعالج."
يعرض باحثو التخنيون في المقالة تنفيذًا ناجحًا لثلاث بوابات منطقية داخل وحدة الذاكرة التي أنتجها شركاء من يوليش، كما يوضحون كيف يمكن ربط الأرقام داخل الذاكرة. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تظهر في المقالة جدوى المكونات المنطقية الأكثر تعقيدًا. ووفقا للبروفيسور كوتينسكي، يعد هذا معلما هاما نحو تطوير الذكريات ذات القدرات الحسابية الكبيرة. "منذ ما يقرب من عقد من الزمن، قمنا بتطوير نظرية وإظهار في عمليات المحاكاة الحاسوبية كيف ستؤدي البوابات المنطقية التي صممناها حسابات منطقية بطريقة مشابهة لتلك الموجودة في المعالج. وهذا هو العمل الأول الذي يوضح هذه الطريقة على مكونات الذاكرة المصنعة والمقيسة في المختبر، ونقل الطريقة من النظرية إلى التطبيق، وكل هذا مع التغلب على المشاكل الموجودة في العالم الحقيقي.
تم إجراء البحث بدعم من لجنة الأبحاث الأوروبية (ERC Starting Grant) والمؤسسة الوطنية للعلوم.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
تعاون مع مجموعة الجرافين، ربما ستنشئ اتصالاً من الجرافين في الزاوية السحرية ونأمل أن ينجح كل شيء.
لقد حان الوقت بالفعل لإعادة التفكير في الفصل الحاد بين تخزين المعلومات والتصرف بناء على المعلومات. لا يوجد مثل هذا الانفصال الحاد في الكائنات الحية، ومن الجدير التعلم من التطور الذي كان لديه ما يكفي من الوقت للوصول إلى العمليات الأكثر اقتصادا.