A
informática é uma área que tem um custo energético associado a todos os sistemas, seja biológico ou sintético, desde células até computadores. O custo energético está relacionado ao trabalho necessário para executar um programa e ao calor dissipado durante o processo. Embora as teorias termodináicas da computação tenham sido desenvolvidas há décadas, elas não são facilmente aplicáveis em ambientes de computação do mundo real. Essa linha de pesquisa se baseia nas teorias de Rolf Landauer e Claude Shannon.

    Recentemente, um grupo de pesquisadores da Espanha, EUA e Itália expandiu a teoria termodinâmica da computação combinando abordagens da física estatística e da ciência da computação. Eles introduziram equações matemáticas que revelam o custo mínimo e máximo de energia previstos para processos computacionais que dependem da aleatoriedade. Essa ferramenta poderá ser usada para analisar e comparar diferentes arquiteturas de computadores, desde a computação eletrônica atual até a computação quântica e arquiteturas como computação neuromórfica, computação na memória, computação orientada a eventos e computação analógica.

    A nova equação oferece informações completamente novas sobre como calcular os limites de custo de energia em processos computacionais imprevisíveis. Por exemplo, um algoritmo que procura o nome ou sobrenome de uma pessoa em um banco de dados pode parar de funcionar se encontrar algum deles, mas não sabemos qual deles foi encontrado. Outros exemplos incluem um simulador de lanço de moeda que é instruído a parar de lançar quando atinge 10 caras; ou em biologia, uma célula pode parar de produzir uma proteína quando provoca uma determinada reação em outra célula. Os "tempos de parada" desses processos - o tempo necessário para atingir a meta pela primeira vez - podem variar de tentativa para tentativa. A nova equação oferece uma forma simples de calcular esses limites inferiores do custo energético dessas situações.

    Essa pesquisa abriu um novo caminho para encontrar a energia mais baixa necessária para a computação em qualquer sistema, independentemente de como ele é implementado. Isso expôs um vasto conjunto novo de questões práticas, como apontar novas formas de tornar a computação mais eficiente em termos energéticos. A Fundação Nacional de Ciências dos EUA estimou recentemente que os computadores usam entre 5% e 9% da energia gerada globalmente, mas com as taxas de crescimento atuais, isso pode atingir 20% até 2030.

    Trabalhos anteriores sugeriram que os computadores modernos são extremamente ineficientes em termos energéticos, com sistemas biológicos sendo cerca de 100.000 vezes mais eficientes. Portanto, uma das principais motivações para uma teoria termodinâmica geral da computação é tanto verificar esses cálculos com mais precisão quanto encontrar novas maneiras de reduzir o consumo de energia das máquinas do mundo real. Por exemplo, uma melhor compreensão de como os algoritmos e os componentes dos computadores usam energia para realizar determinadas tarefas pode apontar para arquiteturas de chips de computador mais eficientes. Atualmente, ainda não sabemos o melhor caminho para chips físicos que possam realizar tarefas computacionais usando menos energia.

    "Essa tipo de técnica pode fornecer uma lanterna na escuridão", disse o professor David Wolpert.

Ver notícia completa...