คอมพิวเตอร์แอนะล็อกอาจกลับมาอีกครั้ง แต่มันคืออะไร?

ประเด็นสำคัญ

คอมพิวเตอร์แอนะล็อกใช้ตัวแปรต่อเนื่อง เช่น ของไหลและแรงดันไฟฟ้า ไม่ใช่แค่ข้อมูลไบนารี แต่เป็นการสร้างแบบจำลองที่เป็นธรรมชาติมากกว่า
คอมพิวเตอร์แอนะล็อกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจำลองระบบที่วุ่นวายหรือไม่เชิงเส้น เช่น โครงข่ายประสาทเทียม เนื่องจากประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน
ลูกผสมระหว่างชิปดิจิทัลและแอนะล็อกในอนาคตกำลังเกิดขึ้น เช่น Loihi 2 ของ Intel และ TrueNorth ของ IBM ซึ่งจะช่วยเชื่อมช่องว่างนี้

เมื่อคุณได้ยินคำว่า "คอมพิวเตอร์" ความคิดต่อไปของคุณน่าจะเป็น "ดิจิทัล" "อิเล็กทรอนิกส์" หรือ "ไบนารี" อย่างไรก็ตาม สิ่งใดก็ตามที่สามารถคำนวณได้ก็คือคอมพิวเตอร์ ดิจิทัลไม่ใช่เกมเดียวในเมือง! คอมพิวเตอร์แบบอะนาล็อกเริ่มมีเข้ามาในตัวเองแล้ว และในอนาคตคุณอาจเห็นว่าเทคโนโลยีนี้ช่วยเสริมคอมพิวเตอร์ที่เราเห็นในปัจจุบัน

คอมพิวเตอร์อะนาล็อก Heck คืออะไร?

คอมพิวเตอร์ดิจิทัล เช่นเดียวกับที่คุณใช้ในการเข้าถึงเว็บไซต์นี้ ใช้ข้อมูลไบนารี ทุกสิ่งที่คอมพิวเตอร์ดิจิทัลทำสามารถลดจำนวนลงเป็นสตริงและเลขศูนย์ได้ ดังนั้นไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้น คุณก็สามารถสับบางสิ่งที่เป็นดิจิทัลให้เป็นชิ้นเล็กๆ ได้เสมอ ไม่ว่าจะเป็นการบันทึกเสียงหรือภาพ

คอมพิวเตอร์อะนาล็อกไม่ทำงานกับค่าแยกเช่นหนึ่งหรือศูนย์ แต่พวกเขาใช้สัญญาณตัวแปรต่อเนื่องเพื่อทำงานแทน นี่อาจเป็นระดับของของไหลในชุดของท่อ ระดับแรงดันไฟฟ้า หรือการเคลื่อนไหวทางกล พวกเขาใช้สสารทางกายภาพเพื่อนำเสนอปัญหาโดยตรง และจัดการกับมันเพื่อบรรลุแนวทางแก้ไข

ตัวอย่างคอมพิวเตอร์อะนาล็อกที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักคือกลไกแอนติไคเธอรา ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการสร้างแบบจำลองระบบสุริยะด้วยกลไก ตัวอย่างสมัยใหม่ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ 1949 MONIAC หรือ Monetary National Income Analogue Computer คอมพิวเตอร์เครื่องนี้ใช้ของเหลวในการสร้างแบบจำลองการไหลของเงินในระบบเศรษฐกิจ ตัวอย่างเช่น รถถังคันหนึ่งเป็นตัวแทนของคลังแห่งชาติของสหราชอาณาจักร และ "เงิน" จะไหลจากมันไปยังส่วนอื่น ๆ ของเศรษฐกิจและกลับมาอีกครั้ง คุณสามารถสร้างแบบจำลองนโยบายเศรษฐกิจต่างๆ ได้โดยการปรับเปลี่ยนกระแสจากถังต่างๆ และดูว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นจะส่งผลต่อเศรษฐกิจอย่างไร

ด้วยการพัฒนาของคอมพิวเตอร์ดิจิทัล และโดยเฉพาะอย่างยิ่งวงจรรวม คอมพิวเตอร์แอนะล็อกเป็นมากกว่าแค่ความอยากรู้เล็กน้อย แต่เมื่อความท้าทายในการประมวลผลของปัญหาบางประเภทมีความชัดเจน เราอาจเข้าสู่ยุคทองของคอมพิวเตอร์แอนะล็อกในไม่ช้า

บางสิ่งซับซ้อนเกินไปสำหรับไมโครชิปเพียงอย่างเดียว

แม้จะมีความก้าวหน้าอย่างเหลือเชื่อในการประมวลผลแบบดิจิทัล แต่งานบางอย่างยังคงซับซ้อนอย่างน่ากลัว คอมพิวเตอร์ดิจิทัลเป็นเลิศในการประมวลผลข้อมูลปริมาณมหาศาลอย่างรวดเร็วและแม่นยำ แต่มีข้อจำกัดพื้นฐานเมื่อพูดถึงการจำลองระบบที่วุ่นวายหรือไม่เป็นเชิงเส้น นี่คือจุดที่คอมพิวเตอร์แอนะล็อกโดดเด่น

ลองนึกถึงวิธีที่เราใช้คอมพิวเตอร์ดิจิทัลเพื่อจำลองการทำงานของโครงข่ายประสาทเทียม (อย่างหยาบคาย) ต้องใช้พลังงานจำนวนมหาศาล และพลังการคำนวณจำนวนมหาศาล ดังนั้น นักวิจัยจึงสร้าง "สมอง" โดยใช้ลวดนาโนเงินแทน สายไฟเป็นตัวแทนของเซลล์ประสาทในโครงข่ายประสาทเทียมโดยตรง ไม่ใช่การจำลองในพื้นที่ดิจิทัลเสมือนจริง ปรากฎว่าสิ่งนี้ประหยัดพลังงานมากกว่ามากและในการคำนวณ ในแง่ดั้งเดิมไม่มีค่าใช้จ่ายใดๆ เนื่องจากคอมพิวเตอร์แบบอะนาล็อกจะ "คำนวณ" ด้วยตัวมันเอง

ด้วยความก้าวหน้าในด้านวัสดุศาสตร์และวิธีการผลิต ขณะนี้เราสามารถสร้าง "ชิป" แบบอะนาล็อกที่เป็นไฮบริดแบบดิจิทัลและแบบแอนะล็อกได้ วงจรแอนะล็อกภายในได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาหนึ่งหรือชุดเล็กๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และชิ้นส่วนดิจิทัลของคอมพิวเตอร์แอนะล็อกช่วยให้คุณสามารถควบคุมและตรวจสอบอินพุตและเอาท์พุตแอนะล็อกได้ ในขณะเดียวกันก็กระจายงานให้กับตัวประมวลผลดิจิทัลหรือแอนะล็อก

การวิเคราะห์พฤติกรรม อัลกอริทึม AI และสมองของคุณ

คอมพิวเตอร์แอนะล็อกก็มีความสำคัญเช่นกัน เนื่องจากมีปัญหามากมายที่ไม่จำเป็นต้องแก้ไขภายในจุดทศนิยม และเมื่อเราดูผลลัพธ์ที่เห็นได้ชัดว่าคอมพิวเตอร์ดิจิทัล "คลุมเครือ" อาจเป็นตัวเลือกที่ผิดตั้งแต่แรก . แม้ว่าฉันจะลังเลที่จะเปรียบเทียบสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดยรวมกับ "คอมพิวเตอร์" ประเภทใดก็ตาม แต่ก็มีองค์ประกอบย่อยในสมองของเราที่เป็นคอมพิวเตอร์แอนะล็อกที่ซับซ้อนซึ่งพัฒนาขึ้นมาเพื่อแก้ไขปัญหาเฉพาะ สมองประมวลผลข้อมูล และเราเรียกสิ่งนี้ว่า "การรับรู้" แทนที่จะเป็นกระบวนการที่ตั้งโปรแกรมไว้ซึ่งคอมพิวเตอร์ดิจิทัลใช้ แต่ความคล้ายคลึงกันนั้นยากที่จะมองข้าม

มนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ ใช้ "ฮิวริสติก" ซึ่งประหยัดพลังงาน ทางลัดที่แม่นยำส่วนใหญ่ช่วยประหยัดเวลาและพลังงานของการรับรู้ที่เข้มข้น การศึกษาพฤติกรรมช่วยให้เราตอบสนองต่อสิ่งต่างๆ ได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องคิด บางอย่างดูเหมือนจะมีการพัฒนา และบางอย่างก็ได้รับการพัฒนาผ่านการเรียนรู้ คอมพิวเตอร์ใช้อัลกอริธึมซึ่งเป็นกระบวนการทีละขั้นตอนที่เข้มข้นซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์บางอย่าง ทั้งสองมีที่ของตัวเอง แต่การวิเคราะห์พฤติกรรมนั้นเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับเวตแวร์ที่ช้าแต่ขนานกันอย่างไม่น่าเชื่อของเรา คอมพิวเตอร์แอนะล็อกนำเสนอวิธีที่จะนำการวิเคราะห์พฤติกรรมมาสู่การคำนวณของเรา หรือค้นหาวิธีที่ประหยัดพลังงานอย่างมากในการให้อัลกอริธึมมีรูปแบบทางกายภาพที่ไม่ใช่ดิจิทัล

อนาคตของคอมพิวเตอร์ผสมปนเป

บริษัทหลายแห่งกำลังพัฒนาโครงการด้านคอมพิวเตอร์ที่ไม่ใช่แบบดิจิทัลล้วนๆ หรือแบบแอนะล็อกล้วนๆ แต่เป็นตัวแทนของการผสมผสานที่ทรงพลังของแนวคิดจากทุกสเปกตรัม ยกตัวอย่างโครงการ Loihi 2 ของ Intel ชิป "นิวโรมอร์ฟิก" เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อจำลองโครงสร้างประสาททางชีวภาพในฮาร์ดแวร์ ช่วยให้หุ่นยนต์ได้สัมผัสกับความรู้สึกหรือสร้างชิปที่สามารถตรวจจับกลิ่นได้ แม้ว่าชิปเหล่านี้จะเลียนแบบโครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์ประสาท แต่ก็ทำงานโดยใช้เซลล์ประสาทเทียมทางกายภาพ แทนที่จะใช้การจำลองแบบดิจิทัลเต็มรูปแบบ แนวทางนี้ช่วยให้การประมวลผลงานที่เกี่ยวข้องกับข้อมูลทางประสาทสัมผัสและการตัดสินใจมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ชิป TrueNorth ของ IBM เป็นอีกหนึ่งการออกแบบ neuromorphic ที่มีแนวโน้ม โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อลดช่องว่างระหว่างคอมพิวเตอร์ดิจิทัลและแอนะล็อก ในขณะที่ทำงานโดยใช้กระบวนการดิจิทัล สถาปัตยกรรมของชิปได้รับแรงบันดาลใจจากโครงข่ายประสาทเทียมของสมอง ทำให้เป็นโมเดลไฮบริดที่ใช้ประโยชน์จากแนวคิดทั้งดิจิทัลและแอนะล็อก