你見(jiàn)過(guò)模擬電路組成的電腦么？麻省理工就有

現(xiàn)今，數(shù)字計(jì)算機(jī)和數(shù)字技術(shù)已經(jīng)遍布我們生產(chǎn)生活的各個(gè)角落，可是你是不是想過(guò)模擬電路技術(shù)也能創(chuàng)造一臺(tái)計(jì)算機(jī)呢？現(xiàn)在，麻省理工就有。

長(zhǎng)期以來(lái)，隨著采樣頻率和數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)的不斷革新，用數(shù)字電路來(lái)表達(dá)和處理真實(shí)世界已經(jīng)是大勢(shì)所趨，因?yàn)樗h(yuǎn)比模擬電路方便和快捷。現(xiàn)如今我們生活中的各種數(shù)字電視、數(shù)字信號(hào)和數(shù)字接口，都是例證。另一方面，現(xiàn)在各行各業(yè)也都逐漸形成了一套先進(jìn)的數(shù)字仿真技術(shù)，可以在很大程度上模擬現(xiàn)實(shí)世界，似乎不需要模擬信號(hào)系統(tǒng)的存在。

可是這里有一個(gè)問(wèn)題，即我們?nèi)梭w能感知的卻只有模擬世界。雖然可以借助數(shù)字電路進(jìn)行快速運(yùn)算和處理，但是輸出的信號(hào)，最終呈現(xiàn)給人類(lèi)的結(jié)果，卻必須是模擬的。

就好像最簡(jiǎn)單不過(guò)的脈搏跳動(dòng)，放在計(jì)算機(jī)里可能被表達(dá)成簡(jiǎn)單的1和0，可是這么簡(jiǎn)單的生物電位變化，傳輸?shù)饺祟?lèi)大腦里卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是1和0那么簡(jiǎn)單，它同時(shí)還包含著豐富的諧波震動(dòng)。

正是出于以上原因，雖然在數(shù)字計(jì)算機(jī)發(fā)展日新月異的今天，依然少不了模擬電路的存在。

然而，現(xiàn)實(shí)是殘酷的。不像數(shù)字電路的可編程，即設(shè)計(jì)者可以根據(jù)特定的與、或、非門(mén)電路搭配，固化輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系，這一點(diǎn)完全由設(shè)計(jì)者把握。在模擬電路中，雖然輸入和輸出之間也存在一個(gè)特定的公式關(guān)系，但是設(shè)計(jì)者卻不能根據(jù)電路的功能邏輯靈活調(diào)整該公式，這個(gè)公式是由基爾霍夫定律、戴維南定理等電路定律決定的。因此，這一點(diǎn)大大限制了模擬電路的靈活性，以及整個(gè)系統(tǒng)的邏輯表達(dá)。在從前，想要在模擬電路中實(shí)現(xiàn)可編程，即制造出一臺(tái)模擬電路的計(jì)算機(jī)，這一功能幾乎是不可能的。

現(xiàn)在，有一款來(lái)自麻省理工學(xué)院的全新編譯器，使得針對(duì)模擬電路的編程和應(yīng)用成為可能。

在生物信息學(xué)領(lǐng)域，利用數(shù)字電路系統(tǒng)來(lái)搭建細(xì)胞生物學(xué)模型一直是一件非常痛苦也并不精確的事。因?yàn)閷?duì)于一個(gè)細(xì)胞生物模型來(lái)說(shuō)，有各種各樣相互依賴(lài)的系統(tǒng)參數(shù)，比如化學(xué)試劑的濃度、pH值（酸堿度）和溫度等，在這種情況下，要利用原本只能表征1和0兩種狀態(tài)的數(shù)字系統(tǒng)，就意味著必須要引入多數(shù)位進(jìn)制，也勢(shì)必會(huì)丟失一定的精度，增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。這是一個(gè)兩難：二進(jìn)制數(shù)位越多，則可以把模擬信號(hào)表達(dá)得越精細(xì)，可是系統(tǒng)的復(fù)雜度也越高。比較而言，模擬系統(tǒng)似乎更適合這一領(lǐng)域，因?yàn)槟M信號(hào)是連續(xù)線(xiàn)性變化的，它本來(lái)就具備無(wú)限多個(gè)狀態(tài)值。

麻省理工人工智能實(shí)驗(yàn)室的畢業(yè)生Sara Achour，跟她的導(dǎo)師Martin Rinard教授，以及英國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院的好友Rahul Sarpeshkar一起，他們?nèi)斯餐_(kāi)發(fā)了一款名為Arco的編譯器，或許能改變這一現(xiàn)狀。他們稱(chēng)這款編譯器能夠?qū)⑷祟?lèi)可讀可寫(xiě)的數(shù)字代碼，編譯成模擬電路可識(shí)別可接受的電路配置。

Sarpeshkar在一篇麻省理工學(xué)院的新聞通稿中表示：“只需要很少數(shù)量的晶體管，就能搭建出一個(gè)能夠解決復(fù)雜的微積分問(wèn)題的細(xì)胞形態(tài)學(xué)模擬分析電路，并且還是在有電路干擾噪聲的情況下。而要實(shí)現(xiàn)相同的功能，一個(gè)數(shù)字電路可能需要一片由成千上萬(wàn)個(gè)晶體管組成的集成芯片，以及若干個(gè)晶振。”

Arco編譯器可以根據(jù)科學(xué)家們輸入的微積分方程表達(dá)式，給出一個(gè)能輸出正確結(jié)果的模擬信號(hào)電路圖，這一過(guò)程大約需要14到40秒，顯然要比人工計(jì)算的速度快多了。并且，這還不僅僅是速度方面的提升，隨著微積分方程的越來(lái)越復(fù)雜，編譯器也可以給出越來(lái)越復(fù)雜的模擬電路組成，隨著復(fù)雜度的提升，最后已經(jīng)超出了人工可以設(shè)計(jì)出的電路規(guī)模。

除非在一家生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作，所以即使再過(guò)若干年，我們也沒(méi)有機(jī)會(huì)親眼看到一個(gè)傳輸模擬信號(hào)的計(jì)算機(jī)，但是由這種技術(shù)構(gòu)建的細(xì)胞生物學(xué)模型以及它對(duì)未來(lái)醫(yī)學(xué)的研究貢獻(xiàn)，有一天可能會(huì)深刻地影響我們的日常生活。

來(lái)源：techcrunch

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