Informática

Vêm aí os computadores caóticos

Computadores caóticos serão camaleões digitais
As portas caóticas permitem construir dispositivos de computação com a capacidade de se reconfigurar em uma série de portas lógicas diferentes. [Imagem: Ditto et al./Chaos]

Portas lógicas booleanas

Com todas as maravilhas que seu computador lhe permite, no fundo, no fundo, ele é feito de minúsculas chaves, chamadas transistores, arranjadas na forma de pequenos circuitos, chamados portas lógicas.

Uma porta lógica é um circuito que recebe duas entradas e fornece um resultado de saída.

Para que seu computador funcione da maneira que você espera, essas portas lógicas devem dar resultados muito precisos. Uma porta AND, por exemplo, só deve dar resultado 1 quando ela receber duas entradas 1. Já uma porta OR dará sempre resultado 1, a menos que haja duas entradas 0.

Se parece confuso, saiba que, juntando meia dúzia de "maquininhas" capazes de tomar decisões desse tipo, você nem precisa de transistores, e pode construir um computador de qualquer coisa - de varetas e cordas ou de copos e canos com água, por exemplo.

Mas suas "maquininhas", ou suas portas lógicas, deverão sempre dar respostas simples, precisas e unidirecionais - ou 0 ou 1, dependendo dos dois valores que entram. Depois é só montar tudo em uma estrutura hierárquica bem definida e você terá um computador.

Portas caóticas

Mas agora um grupo de cientistas de várias universidades norte-americanas está propondo uma mudança radical nesse enfoque.

Em vez do determinismo e da precisão das portas lógicas tradicionais, eles acreditam que é possível construir computadores melhores usando "portas caóticas", ou portas que tomam suas decisões com base nos fenômenos descritos pela teoria do caos.

De forma bem simplificada, eles usaram padrões caóticos para codificar e manipular as entradas de forma a produzir a saída desejada.

Eles selecionaram os padrões desejados a partir da infinita variedade oferecida por um sistema caótico. Um subconjunto desses padrões foi então utilizado para mapear as entradas do sistema (as condições iniciais) nos resultados desejados.

O mais interessante é que esse processo permite construir dispositivos de computação com a capacidade de se reconfigurar em uma série de portas lógicas diferentes.

Eles batizaram essas portas capazes de se metamorfosear de Chaogates. E, como sempre acontece nas universidades norte-americanas, e deveria também acontecer nas brasileiras, eles fundaram uma empresa, a ChaoLogix, para tentar vender sua ideia.

Computadores caóticos serão camaleões digitais
Imagine um computador capaz de mudar seu próprio comportamento interno para criar um bilhão de chips customizados a cada segundo, baseado no que o usuário está fazendo naquele segundo. [Imagem: Ditto et al./Chaos]

Computador metamórfico

"Imagine um computador capaz de mudar seu próprio comportamento interno para criar um bilhão de chips customizados a cada segundo, baseado no que o usuário está fazendo naquele segundo - um computador que possa reconfigurar a si mesmo para se tornar o computador mais rápido no momento para a sua aplicação," vislumbra William Ditto, da Universidade do Arizona, um dos autores da nova técnica.

Segundo Ditto, a ChaoLogix já está montando os primeiros protótipos de computador caótico e já é possível verificar que a abordagem poderá ser útil para equipamentos eletrônicos comuns, para computadores voltados para jogos e para sistemas de informática mais seguros.

Segundo o pesquisador, os processadores caóticos não apenas poderão ser fabricados com a mesma tecnologia dos atuais, como eles poderão ser incluídos em circuitos mistos, que mesclem processadores lógicos convencionais e processadores caóticos.

"As portas caóticas são os blocos básicos de novos sistemas computacionais baseados no caos, que vão explorar as gigantescas capacidades de formação de padrões dos sistemas caóticos em benefício da computação," diz ele.

Mapa logístico

Ao contrário do que se possa imaginar, sistemas caóticos não são nem aleatórios e nem imprevisíveis: eles apresentam padrões irregulares extremamente sensíveis às condições iniciais.

Um sistema caótico gera uma saída em resposta a uma dada entrada, de forma muito parecida com um circuito booleano tradicional - mas a saída é muito sensível aos valores de entrada e às condições iniciais da rede.

Ditto e seus colegas descobriram que a adição de mecanismos de controle bastante simples permite definir o padrão de saída de forma muito segura - isto significa que uma mesma porta caótica pode executar várias funções lógicas.

A chave para a geração de múltiplas saídas a partir do mesmo conjunto de entradas é baseada em um conceito chamado "mapa logístico", que descreve uma função matemática não-linear que mapeia as entradas para uma saída específica.

Os cientistas desenvolveram uma função de mapeamento logístico que utiliza as propriedades não-lineares de um transístor CMOS comum de tal forma que é possível criar uma célula caótica muito eficiente.

Computadores híbridos

Circuitos de interfaces simples permitem que a célula caótica seja interconectada com outros circuitos caóticos ou com portas lógicas booleanas tradicionais, abrindo o caminho para a tecnologia e para a viabilização de computadores híbridos.

Uma das vantagens das portas caóticas é que elas possuem uma "assinatura de potência" que é independente do estado lógico de entrada.

Esta é uma característica importante para aplicações seguras, permitindo o uso de técnicas de análise diferencial para determinar as chaves de criptografia - por exemplo, pelo monitoramento da corrente elétrica consumida pelo circuito.

Bibliografia:

Chaogates: Morphing logic gates that exploit dynamical patterns
William L. Ditto, A. Miliotis, K. Murali, Sudeshna Sinha, Mark L. Spano
Chaos
November 2010
Vol.: 20, 037107 (2010)
DOI: 10.1063/1.3489889




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