Batas Komputer dan Sistem Komputerisasi

Sistem komputerisasi, baik komputer, telepon, atau unit apa pun yang mampu memproses informasi, menjadi semakin cepat seiring dengan perkembangan teknologi. Seberapa jauh peningkatan ini dapat dicapai secara fisik? Simak lebih lanjut tentang batas komputer dan sistem komputerisasi ini.

Komputer kita menggunakan sirkuit terintegrasi dengan silikon. Sirkuit ini terikat pada materi, dan apa yang menentukan daya dan kecepatan perhitungan pada dasarnya adalah jumlah dan ukuran transistor.
Semakin kecil, banyak dan dekat satu sama lain, semakin cepat perhitungan itu dibuat.

Seiring berkembangnya teknologi, transistor ini dibuat dan diukir semakin halus. Tingkat pengurangan ukuran sedemikian rupa sehingga dibutuhkan antara 1,5 dan 2 tahun untuk menggandakan kekuatan unit komputasi: ini disebut hukum Moore, yang bertahan cukup baik hingga sekarang.

Hukum Moore bukanlah hukum fisika, melainkan pernyataan kecepatan kita dalam meningkatkan teknik kita, dan mungkin suatu hari akan datang ketika Yon tidak lagi memiliki kemungkinan untuk melakukan yang lebih baik: transistor akan terlalu kecil untuk bekerja, atau sebaliknya. Hal ini akan menjadi tidak mungkin untuk mengukirnya dengan lebih halus.

Tujuan artikel ini bukan untuk mempelajari apa yang akan terjadi di masa depan bagi kita, atau untuk melihat batas-batas hukum Moore, melainkan untuk melihat batas-batas yang tidak akan pernah mungkin dilampaui apa pun yang terjadi, dari fisik murni daripada sudut pandang teknis.

Sebagai gambaran: komputer saat ini, dari jenis “laptop”, melakukan beberapa ratus miliar operasi per detik (10^11 op./s), mengkonsumsi daya seratus watt dan dapat menyimpan sekitar ‘satu terabyte data (10 ^12 byte, atau sekitar 10^13 bit unik).
Semua dalam sebuah objek sekitar 1 kilo. Nilai-nilai ini tentu saja dibulatkan.

Saat ini, data disimpan dalam bentuk muatan listrik pada transistor, tetapi orang juga dapat membayangkan menyimpan informasi dalam bentuk keadaan kuantum suatu molekul (0 untuk molekul terlipat, dan 1 untuk delice molekul, misalnya).

Mengubah keadaan molekul kemudian akan mengkonsumsi energi dan membutuhkan waktu. Selain itu, informasi harus disimpan pada media dan karena itu menempati volume tertentu.

Limit (atau prinsip) Landauer dan teorema Margolus-Levitin untuk batas komputer

Batas pertama untuk dipelajari adalah batas energi: lihat berapa banyak operasi yang dapat dilakukan, paling banyak, dengan setiap joule energi?

Batas ini dikenal sebagai batas Landauer (atau prinsip). Dikatakan bahwa untuk setiap operasi perubahan bit (0 yang menjadi 1, atau 1 yang menjadi 0), terjadi kerugian entropis, yaitu bagian dari (Energi yang diperlukan untuk mengubah informasi 0 yang paling sedikit hilang dalam kalor (perpindahan panas).

Batas Landauer terkadang diperdebatkan, tetapi tetap memberikan gambaran: 0,0175 eV per bit yang dimodifikasi (pada 20°C).

Baca juga: Memori Komputer

Untuk komputer kontemporer yang bekerja pada batas ini, konsumsi daya hanya 0,3 nanowatt jam per detik. Sebuah PC saat ini yang akan berfungsi pada batas ini dapat melakukan 10^21 operasi/s, artinya 10 miliar kali lebih banyak daripada yang mereka lakukan hari ini, dengan daya listrik yang sama.
Tidak buruk!

Keterbatasan lain yang terkait dengan ini adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengubah sedikit di komputer. Jika keadaan biner diubah, itu berarti bahwa tingkat energi dalam pembawa informasi (molekul, transistor…) telah diubah, dan oleh karena itu energi dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain .
Tetapi energi tidak dapat bergerak cepat tanpa batas dalam ruang dan waktu, jadi ada batasnya. Gagasan ini didukung oleh teorema Margolus-Levitin.

Teorema ini mengatakan bahwa operasi perubahan keadaan kuantum akan membutuhkan waktu lebih lama dari batas yang diberikan, mengingat energi yang bersedia dikeluarkan untuk melakukan operasi ini.
Batas ini ditetapkan pada 10^33 operasi per detik dan per joule. Dengan kata lain, energi satu joule yang dipindahkan cukup untuk melakukan 10^33 operasi per detik, yang lagi-lagi relatif cukup besar dan kita masih sangat jauh dari itu.

Batasan terakhir yang menarik adalah untuk melihat kepadatan informasi apa yang dapat disimpan oleh komputer utama kita.

Hari ini, transistor dapat mengukur beberapa puluhan nanometer (kehalusan etsa yang tidak dapat dicerna pada label, seperti “pengetsaan 7 nm” tidak secara fisik sesuai dengan ukuran transistor dan hanya merupakan nama dagang yang setara, tetapi mari kita abaikan itu untuk kesederhanaan). Dalam sebuah chip berukuran 1 cm3, hari ini kita dapat menyimpan 1 miliar gigabit, oleh karena itu 125.000 terabyte.
Namun, bahkan jika kita mulai menyimpan bit dalam jaringan tiga dimensi (misalnya teknologi SSD tipe TLC), penyimpanan kita pada dasarnya masih di permukaan chip silikon, bukan dalam volume.

Kita bisa jauh lebih rendah daripada ukiran pada 7 nm: kita bayangkan, misalnya, menyimpan data dalam DNA: pilihan basa nukleat yang menyusunnya kemudian menyusun kode yang harus dibaca untuk mengambil informasi.

Pada dasarnya, sekarang, batas penyimpanan akhir akan bergantung pada jumlah status kuantum yang dapat dibawa dan dipindahkan oleh suatu entitas (molekul, atom…) dalam volume tertentu.
Kuantitas ini adalah batas Bekenstein dan berorde 10^42 bit per kilogram materi.

Kebetulan, otak manusia dengan berat orde kilogram karena itu tidak dapat sepenuhnya dijelaskan (sampai tingkat kuantum) tanpa sejumlah informasi dari orde besarnya juga.
Oleh karena itu tampaknya sekali lagi agak tidak mungkin untuk berhasil dalam mensimulasikan otak manusia dalam waktu dekat: 10^42 bit melebihi 6 kali lipat jumlah total informasi yang dipancarkan oleh umat manusia sejak awal.

Tidak disebutkan di sini tentang apa pun yang berkaitan dengan transmisi data atau teknologi yang digunakan (bukan itu tujuannya). Ada juga banyak perkiraan, tetapi idenya adalah untuk menempatkan angka pada “komputer terbaik” yang dapat kita lakukan mengingat batasan yang diketahui saat ini.

Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa kita tidak akan pernah memiliki laptop dengan memori lebih dari 10^42 bit (yaitu 10^29 To), mampu melakukan lebih dari 10^33 operasi per detik, sambil mengkonsumsi lebih sedikit dari PC saat ini.

Memori Komputer – Penjelasan, Jenis, Penggunaan, Hirarki, RAM & ROM

Bacaan Lainnya

Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai

Respons “ohh begitu ya…” akan sering terdengar jika Anda memasang applikasi kita!

Siapa bilang mau pintar harus bayar? Aplikasi Ilmu pengetahuan dan informasi yang membuat Anda menjadi lebih smart!

Sumber bacaan: CleverlySmart

Sumber foto: JESHOOTS-com via Pixabay

Batas Komputer dan Sistem Komputerisasi

Batas Komputer dan Sistem Komputerisasi

Limit (atau prinsip) Landauer dan teorema Margolus-Levitin untuk batas komputer

Bacaan Lainnya

Unduh / Download Aplikasi HP Pinter Pandai

Strategi Menang Rummy Online: Panduan Lengkap Menuju Kemenangan

Rahasia Kehidupan Harimau: Mengenal Lebih Dekat dengan Sang Raja…

Asteroid Apophis “Dewa Kekacauan” dan Bumi: data baru pada…

Tinggalkan Balasan Batalkan balasan