Nasce computador para resolver problemas mais difíceis da computação

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/11/2025

Este é o computador de sonda eletrônica 60 (EPC60), que passou em todos os testes iniciais.
[Imagem: Jin Xu et al. - 10.1016/j.fmre.2025.05.010]

Problemas NP-completos

Os problemas NP-completos, que crescem exponencialmente com o tamanho, representam alguns dos quebra-cabeças mais difíceis na ciência da computação. E são questões com implicações significativas em vários campos, do roteamento dos sinais da internet à biomedicina, transporte e indústria.

Os computadores eletrônicos atuais têm grande dificuldade em lidar com esses problemas devido a duas restrições principais: Limitações físicas, já que os processadores de silício estão próximos da escala atômica e os efeitos quânticos começam a interferir em sua funcionalidade; e limitações de arquitetura, inerentes ao modelo da máquina de Turing, que processa dados de maneira linear e sequencial.

Jin Xu e colegas da Universidade de Pequim, na China, desenvolveram agora uma nova arquitetura computacional - um modelo não-Turing - e a implementaram em uma máquina real, que a equipe batizou de "computador de sonda eletrônica", ou EPC60 - EPC é uma sigla para Electronic Probe Computer, e 60 se deve ao número de placas utilizadas para montar a máquina.

O EPC60 superou tanto a precisão quanto a eficiência dos computadores clássicos na resolução dos problemas NP-completos, mostrando um caminho concreto para uma arquitetura alternativa de computação que vença as limitações fundamentais das arquiteturas clássicas.

"Os computadores eletrônicos são inerentemente limitados pelo arranjo linear de dados e pelas operações sequenciais do modelo de Turing, o que torna o processamento paralelo em larga escala impraticável para problemas NP," explicou Xu. "Nossa máquina de sondagem organiza os dados em unidades multidimensionais e emprega operadores de sondagem totalmente paralelos, permitindo a exploração simultânea de caminhos de solução sem atrasos entre os operadores."

Esquema e uma das 60 placas que formam o EPC60.
[Imagem: Jin Xu et al. - 10.1016/j.fmre.2025.05.010]

Computador de sonda

O protótipo desta arquitetura maciçamente paralela representa um divisor de águas na computação porque leva um tópico de natureza fundamentalmente teórica até agora, para uma máquina totalmente funcional, e uma que não apenas supera os melhores solucionadores de software, mas também é inerentemente escalável.

"Em testes de desempenho, o EPC60 resolveu problemas de coloração de 3 cores em grafos de 2.000 vértices com 100% de precisão em 3.430 segundos, enquanto o Gurobi - um dos principais solucionadores comerciais - alcançou apenas 5 a 6% de precisão após 43.571 segundos," comparou Xu. "Um caso particularmente desafiador que deixou o Gurobi engasgado mesmo após 15 dias de computação, o EPC60 conseguiu encontrar colorações válidas em menos de um minuto."

A equipe agora planeja expandir sua arquitetura EPC, além de explorar sua integração em ambientes de computação de alto desempenho para aplicações industriais em tempo real.

"Isto marca um ponto de virada na inteligência computacional, oferecendo uma solução universal baseada em hardware para problemas complexos que vão desde a logística da cadeia de suprimentos até o projeto de circuitos," disse Xu.

Diagrama da arquitetura EPC60.
[Imagem: Jin Xu et al. - 10.1016/j.fmre.2025.05.010]

Ganhos

A equipe destaca que suas primeiras análises desta nova arquitetura computacional para problemas NP-completos demonstraram o seguinte:

• Os grafos são classificados em quatro categorias estruturais, cada uma processada usando operadores de sonda especializados que realizam operações de exclusão de vértices, contração, adição de arestas e alteração de Kempe.
• Cada operador de sondagem é executado de forma independente em vários subgrafos não sobrepostos, eliminando o tempo ocioso entre as operações e acelerando drasticamente a busca - um paralelismo maciço.
• O projeto modular do sistema, montado em gabinetes padrão da indústria, permitirá sua expansão através da adição de unidades de computação de sonda padronizadas, interligadas por meio de links ópticos de alta velocidade.

Mais tópicos