Энтропия ограничивает объем памяти

Сравнение с существующими компьютерами

Параллельные и последовательные вычисления

Интересная особенность этого предела в том, что он не зависит от архитектуры компьютера. Можно было бы предположить, что компьютер может работать быстрее в результате параллелизации, разделяя энергию между подсистемами, работающими параллельно. Но это не так. Если энергия Е распределена среди N логических ячеек, то каждая тогда работает со скоростью 2E/πћN, и общее количество операций в секунду N2E/πћN=2E/πћ есть то же самое. Если энергия локализована в меньшем количестве логических ячеек (то есть более последовательные вычисления), скорость 1/Δt_L, на которых они работают, и разность (приращение) энергии на ячейку ΔE_L возрастают. Если энергия локализована в большем количестве логических ячеек (более параллельные вычисления), тогда скорость и разница энергии уменьшается.

Параллелизация может помочь производить компьютерные вычисления более эффективно, но она не меняет общего количества операций в минуту. Компьютеры, в которых энергия относительно равномерно распределена, лучше подходят для параллельных вычислений. Более компактные компьютеры и компьютеры с неравномерным распределением энергии лучше подходят для выполнения последовательных вычислений.

Существующие компьютеры работают гораздо более медленно, чем предельные компьютеры. Есть две причины такой неэффективности. Во-первых, большинство энергии заключено в тех частях, из которых компьютер построен, оставляя лишь бесконечно малую часть для выполнение логики. Во-вторых, современные компьютеры используют большое количество степеней свободы (миллиарды и миллиарды электронов) для регистрации одного бита. Исходя из физических перспектив, такой компьютер работает избыточным образом. Недавно построенный квантовый микрокомпьютер использует одну квантовую степень свободы для каждого бита и работает в пределе Гайзенберга Δt=πћ/2ΔE для времени, необходимого, чтобы реализовать один бит.

Количество информации, которое физическая система может запасать и обрабатывать связано с количеством отдельных физических состояний, доступных для системы. Набор m систем с двумя состояниями имеет 2^m доступных состояний и может регистрировать m бит информации. Система с N доступными состояниями может регистрировать log₂N битов информации. Но уже в течение века известно, что количество доступных состояний физической системы, W, связано с ее термодинамической энтропией формулой S=k_вlnW, где k_в- постоянная Больцмана.

Энтропия управляет количеством информации, которую может зарегистрировать система, а температура управляет количеством операций на бит на секунду, которое система может производить.

Дата добавления: 2014-01-06