Japanske og amerikanske forskere har frembragt en fungerende, såkaldt molekylær processor, der er i stand til at arbejde med såkaldt "massively parallel computing", akkurat som menneskehjernen. Forskningsresultaterne er netop offentliggjort i videnskabsorganet Nature Physics.

De fleste af nutidens computere arbejder sekventielt. Det vil sige, at de i princippet kun udfører én instruktion af gangen, og når den er udført, henter de den næste ind og udfører den.

Det kaldes også "Von Neumans flaskehals" efter en af computerhistoriens store fædre. Det meste af en moderne pc-processors chipareal bruges af den grund til avancerede kø-funktioner, der "fodrer" selve processordelen med instruktioner og data med så små pauser som overhovedet muligt.

Selv om det foregår millioner af gange i sekundet i moderne processorer, så er det alligevel en begrænsning, som betyder, at nogle regneopgaver er for tunge til at kunne beregnes. Det hjælper ikke væsentligt at putte fire eller otte processorer på én chip.


De hårde regnestykker kræver supercomputere, som i dag arbejder med mere udstrakt parallelisme - med tusinder af processorer i et computernetværk. Men selv supercomputere har en øvre grænser for deres formåen.

Forskningen i LHC (Large Hadron Collider) i Cern er et eksempel på så tunge regneopgaver, at de kræver hundredevis af supercomputeres samlede indsats.

Hjernen overgår klart supercomputere
Men parallelismen kan drives meget længere ud i ekstremerne. Den menneskelig hjerne består for eksempel af et kolossalt antal neuroner, som arbejder massivt parallelt. Derfor kan hjernen med sin beskedne "klokfrekvens" på cirka 1.000 Hz udføre opgaver, som selv de største supercomputere må opgive.

»Vores hjernes neuroner er ikke hurtige, men jeg kan se dig, genkende dig, tale med dig og næsten samtidig høre nogen gå forbi i rummet ved siden af. Det er en kæmpeopgave, selv for de hurtigste computere,« siger fysikeren Ranjit Pati til universitetsbladet Michigan Tech.

Forskernes nye, molekylære forsøgs-processor består af mange kontakter, altså digitale logiske kredsløb, som kan konfigureres dynamisk. Ved hjælp af denne processor er det lykkedes dem at demonstrere udførelsen af en række svære regneopgaver, såsom beregning af Voronoi diagrammer, varme-diffusion og væksten af kræftceller.

»Vores parallelle og dynamisk rekonfigurerbare tilgang repræsenterer et koncept-skifte fra seriel til parallel beregning, og metoden kan være midlet til løse beregningsproblemer, som ellers er utænkelige,« skriver de.

Den molekylære processor består af hexagonale molykyler med atomer af kvælstof, ilt, klor og kulstof. Molekylerne samler sig selv i to lag på et guldsubstrat.

Molekylerne kan skifte mellem fire ledende tilstande - 0, 1, 2 og 3. Allerede her adskiller processoren sig afgørende fra gængs computerteknologi, som kun opererer med to tilstande, 0 og 1.

»Det resulterende neuron-lignende kredsløb giver os mulighed for at tacke mange problemer i den samme gitterstruktur,« siger han.

Det betyder, at den lille molekyle-processor kan løse problemer, hvori der indgår regne-algoritmer, som ikke findes til nutidens computere. Såsom forudsigelser af naturkatastrofer og udbrud af sygdomme.

Den selv-organiserende molykylestruktur medfører, at processorren er selv-reparerende.

»Sådan er det også i menneskehjernen. Hvis en neuron dør, overtager en anden neuron dens funktion. Det er et meget spændende gennembrud for konceptet om molykylær computing, og det kan ændre folks opfattelse af begrebet,« siger Ranjit Pati.

Forskerne kommer dels fra de japanske National Institute for Materials Science i Ibaraki og National Institute of Information and Communicatons Technology i Kobe samt Department of Physics på Michigan Technological University i Houghton, USA.