Analogrechner Computer Innovationszentrum Ulm
Auftragnehmer
Projektpartner

Ziel

Wir bauen einen klassischen Computer nach den Paradigmen des Quantum Inspired Classical Computing und wollen durch Analogiebildung Analog Supremacy nachweisen, also die Überlegenheit analogen Rechnens. Unser Ziel ist außerdem, ein Software-Ökosystem zur Steuerung von Simulationen und Lösung spezieller Probleme zu erschaffen.

Bei Analogcomputern handelt es sich um eine Schlüsseltechnologie zur Mobilmachung der analogen Elektronik, um dem klassischen digitalen Rechnen auf die Sprünge zu helfen. Dabei wird explizit kein Quantencomputer gebaut, sondern ein nach klassischen Prinzipien funktionierender Rechner (Quantum Inspired Analog Computing). Anders als Quantencomputing ist das klassische Analogrechnen eine etablierte Technologie, die in wenigen Jahren mit wenig Risiko zur Marktreife finden wird. Ziel des Projektes ist es, den größten Analogcomputer der Welt zu bauen und damit die Anwendbarkeit des Rechners insbesondere im Vergleich zu Quantencomputern zu demonstrieren.

Motivation

Quantencomputer sind Rechensysteme, die nicht auf dem herkömmlichen algorithmischen Ansatz beruhen. Stattdessen wird ein Experiment in Form von Schaltkreisen präpariert, dessen Ausgang die Lösung von anspruchsvollen rechnerischen Problemen entspricht. Dabei verspricht man sich vor allem stark verkürzte Lösungszeiten. Klassische Analogcomputer funktionieren sehr ähnlich, sind aber nicht abhängig von aufwändigen und teuren Laborumgebungen (etwa Hochvakuum oder Nullpunkttemperaturen).

Zwar können Analogcomputer damit keine Quanteneigenschaften (wie Verschränkung) ausnutzen, haben dafür aber keine praktischen Grenzen bei der Skalierbarkeit zu großen Systemen. Die im Projekt herzustellenden Analogprozessorboards nutzen die existierenden Produkte der Halbleiterindustrie und können perspektivisch auch in anspruchsvollen Umgebungen wie embedded computing und dem Internet of Things (IoT) eingesetzt werden, wo es für Quantencomputer derzeit keine Perspektive gibt.

Herausforderung

Eine erste Herausforderung, die im Rahmen des Projektes in Angriff genommen und gelöst wird, ist die Untersuchung geeigneter Verbindungstopologien für große Analogrechner. Darüber hinaus wird im Gebiet der programmierbaren Elektronik oder Software-defined Electronics innovativ entwickelt: In diesem Rahmen muss ein Software-Ökosystem geschaffen werden, mit dessen Hilfe der programmierbare Analogrechner möglichst transparent als Co-Prozessor genutzt werden kann. Hierzu gehört auch die Schaffung einer domänenspezifischen Programmiersprache zur Notation von analogen Rechenschaltkreisen sowie des für die Erzeugung der Konfigurationsdaten erforderlichen Compilers. Auch werden im Rahmen des Projektes numerische Verfahren betrachtet und entwickelt, welche einen analogen Co-Prozessor direkt nutzen können. Ein großes Augenmerk wird dabei auf Quantensimulation sowie Probleme der theoretischen Informatik gelegt, die auch mit Quantencomputern gelöst werden sollen.




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