什么是可逆計算(Reversible Computing)？

隨著我們的計算設備的密度和開關速度呈指數級增長，這些設備所消耗的能量必須保持在一定的水平上，否則就需要經濟上不實用的冷卻裝置。傳統計算機執行熱力學不可逆邏輯運算，即，僅僅基于未來狀態的信息是不可能推斷出先前機...

隨著我們的計算設備的密度和開關速度呈指數級增長，這些設備所消耗的能量必須保持在一定的水平上，否則就需要經濟上不實用的冷卻裝置。傳統計算機執行熱力學不可逆邏輯運算，即，僅僅基于未來狀態的信息是不可能推斷出先前機器狀態的。信息以比特的形式被擦除。這種位擦除表示熵，它與散熱有關。

隨著我們使用越來越先進的手持計算機在我們的集成電路設計技術中，每個邏輯操作的能量消耗一直在下降。但是在2015年左右，開發將達到一個基本的屏障——kT勢壘，它表示通過乘以計算環境的溫度（通常是室溫）計算出的能量量，突破這一障礙的唯一方法是降低計算機的溫度，或者開發出熱力學可逆的計算機，這種計算機不會產生熵，因此也不會像傳統的不可逆計算機那樣散熱創建可逆計算機比冷卻更具吸引力，因為將計算環境降低到可達到的最低溫度（~0開爾文）只會將單位體積的能量消耗降低兩個數量級，而建造可逆計算機可以任意減少能量消耗。通過建造執行可逆邏輯運算的計算機，可以實現任意低水平的散熱。缺點是可逆結構可能變得相當復雜。隨著2015年的臨近和計算行業開始接近kT壁壘，編譯器的設計很可能會使傳統的熱力學可逆操作數量最大化計算體系結構。當我們開始考慮由非常微小和快速的邏輯門構成的計算機時，比如在納米計算中，可逆性是使能量耗散保持在可容忍水平的一個基本特征。麻省理工學院正在率先進行可逆計算的研究，其鐘擺項目是專門為設計一種完全可逆計算而創建的由于計算機效率的最大化必然是由可逆的體系結構構成的，如果我們的計算機的功率和經濟性繼續提高，這一研究領域是必不可少的。

發表于 2020-07-30 02:19
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分類：電腦網絡

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