什么是可逆计算(Reversible Computing)？
随着我们的计算设备的密度和开关速度呈指数级增长，这些设备所消耗的能量必须保持在一定的水平上，否则就需要经济上不实用的冷却装置。传统计算机执行热力学不可逆逻辑运算，即，仅仅基于未来状态的信息是不可能推断出先前机...
随着我们的计算设备的密度和开关速度呈指数级增长，这些设备所消耗的能量必须保持在一定的水平上，否则就需要经济上不实用的冷却装置。传统计算机执行热力学不可逆逻辑运算，即，仅仅基于未来状态的信息是不可能推断出先前机器状态的。信息以比特的形式被擦除。这种位擦除表示熵，它与散热有关。
随着我们使用越来越先进的手持计算机在我们的集成电路设计技术中，每个逻辑操作的能量消耗一直在下降。但是在2015年左右，开发将达到一个基本的屏障——kT势垒，它表示通过乘以计算环境的温度（通常是室温）计算出的能量量，突破这一障碍的唯一方法是降低计算机的温度，或者开发出热力学可逆的计算机，这种计算机不会产生熵，因此也不会像传统的不可逆计算机那样散热创建可逆计算机比冷却更具吸引力，因为将计算环境降低到可达到的最低温度（~0开尔文）只会将单位体积的能量消耗降低两个数量级，而建造可逆计算机可以任意减少能量消耗。通过建造执行可逆逻辑运算的计算机，可以实现任意低水平的散热。缺点是可逆结构可能变得相当复杂。随着2015年的临近和计算行业开始接近kT壁垒，编译器的设计很可能会使传统的热力学可逆操作数量最大化计算体系结构。当我们开始考虑由非常微小和快速的逻辑门构成的计算机时，比如在纳米计算中，可逆性是使能量耗散保持在可容忍水平的一个基本特征。麻省理工学院正在率先进行可逆计算的研究，其钟摆项目是专门为设计一种完全可逆计算而创建的由于计算机效率的最大化必然是由可逆的体系结构构成的，如果我们的计算机的功率和经济性继续提高，这一研究领域是必不可少的。
随着我们使用越来越先进的手持计算机在我们的集成电路设计技术中，每个逻辑操作的能量消耗一直在下降。但是在2015年左右，开发将达到一个基本的屏障——kT势垒，它表示通过乘以计算环境的温度（通常是室温）计算出的能量量，突破这一障碍的唯一方法是降低计算机的温度，或者开发出热力学可逆的计算机，这种计算机不会产生熵，因此也不会像传统的不可逆计算机那样散热创建可逆计算机比冷却更具吸引力，因为将计算环境降低到可达到的最低温度（~0开尔文）只会将单位体积的能量消耗降低两个数量级，而建造可逆计算机可以任意减少能量消耗。通过建造执行可逆逻辑运算的计算机，可以实现任意低水平的散热。缺点是可逆结构可能变得相当复杂。随着2015年的临近和计算行业开始接近kT壁垒，编译器的设计很可能会使传统的热力学可逆操作数量最大化计算体系结构。当我们开始考虑由非常微小和快速的逻辑门构成的计算机时，比如在纳米计算中，可逆性是使能量耗散保持在可容忍水平的一个基本特征。麻省理工学院正在率先进行可逆计算的研究，其钟摆项目是专门为设计一种完全可逆计算而创建的由于计算机效率的最大化必然是由可逆的体系结构构成的，如果我们的计算机的功率和经济性继续提高，这一研究领域是必不可少的。
- 发表于 2020-07-30 02:19
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