Lidský mozek je úžasný biochemický stroj, ale nikdo z nás patrně nemůže říct, že je dokonalý při práci s pamětí.  Kdo z nás si vzpomíná na libovolný den dětství, anebo na cosi z minulého týdne?

Zapomínáme. Jenže právě filtrování méně podstatných informací od těch podstatnějších udržuje mozek efektivní po desítky let.

Nadějný memristor

Výzkumníci z Moskevského fyzikálně-technického institutu pod vedením Vitalije Michejeva vyvinuli novou verzi čipového komponentu, který dovede informace zapomínat. Jinými slovy, vytvořili výkonný "tranzistor" s pamětí – takzvaný memristor.

Memristory popsal již v roce 1971 Leon Chua, tehdy student a nyní profesor katedry elektrotechniky a informatiky (Electrical Engineering and Computer Sciences Department) Kalifornské univerzity v Berkeley. Teprve v tomto desetiletí však jejich vývoj nabral na obrátkách.

Idea je, že memristory – stejně jako spojení uvnitř lidského mozku – si zapamatují užitečné operace. Počítač se tak například spustí během jediné sekundy a s vaším oblíbeným grafickým programem mu půjde práce také rychleji od ruky. K tomu, ho ale musíte naučit zapomínat neužitečné informace.

zdroj: YouTube

Dosavadní memristory využívaly jenom jednorázovou cestu vstříc zapomnění – po určité době se memristor navěky rozbil. To sice technicky vzato nemusí být odlišné od situace v našem mozku, jenže v tom vznikají i nové neurony. Naproti tomu v počítačích se tranzistory stále ještě nemnoží.

Ruský memristor však využívá mnohem robustnějšího oxidu hafničitého, který je schopen až 100 miliard změn stavů!

Podobný neurovědní přístup k počítačové architektuře může ale posloužit i k paralelním výpočtům. Také tentokrát platí, že mozek provádí něco podobného – a specifická architektura počítače může podobně zajistit obdobné výsledky.

Vloni například na universitě v Manchesteru spustili počítač SpiNNaker (Spiking Neural Network Architecture), který je pro paralelní výpočty přímo konstruován.

Budoucnost v zapomnění

Ruský memristor, který zapomíná, se veze na stejné myšlenkové vlně. Zní to možná paradoxně, ale obecně by počítač, který umí zapomínat neužitečné informace, mohl být mnohem rychlejší.

Nebavíme se o tom, že počítač vymaže vaše rodinné album jenom kvůli tomu, že jste si ho nikdy neotevřeli (a nikdy ani neotevřete). Zapomínání nepotřebných knihoven a fragmentů dat ale celkově zrychluje systém – my všichni děláme totéž každou noc, když spíme.

A většina z nás dělá totéž i s počítači, když je čas od času přeinstaluje. Kdybychom si pamatovali dětství stejně jasně jako uplynulý týden, měl by mozek s aktuálními operacemi větší problém.

Zjednodušeně řečeno, memristory by tedy mohly přinést budoucnost, v níž bychom přeinstalovávat počítače nemuseli – počítače by se samy naučily mazat nepotřebné datové fragmenty.

Platí samozřejmě, že klíčové je vybalancovat paměť a zapomínání – to ale vyžaduje čas. Potřebujeme počítače, které si pamatují vhodné operace, ale zároveň si promazávají paměť až po určitém čase – nikoliv ihned, a nikoliv až po letech, kdy je paměť zanesená.

Proto jsou nutné praktické výzkumy, které nelze nahradit simulacemi a výpočty.

Jistě, někdo by se mohl zeptat, zda křemík nepůjde do starého železa. Na obzoru jsou i další typy počítačů, které mají vlastní nápady. Křemíkovým čipům jsou podobné i čipy z uhlíkových nanotrubic (CNT), které by mohly provádět to, co činí memristory, energeticky několikanásobně úsporněji.

Deska počítače s čipem obvody | zdroj: Profimedia

CNT čipy ale nejspíše budou ještě dlouho vyráběny spolu s křemíkovými čipy. Dokonce lze usuzovat na vznik hybridních křemik-uhlíkových čipů, které by mohly dominovat nejméně celou příští generaci.

Googlem vyvíjené kvantové počítače jsou zase vhodné pro úplně jiné typy úkonů než počítače křemíkové i uhlíkové – takže je nenahradí, ale spíš doplní.

Pro memristory nejrůznějšího ražení je každopádně v budoucnu dost místa.

Studie byla publikována v časopise ACS Applied Materials & Interfaces.