Academicianul Anatolie Sidorenko la 70 de ani: Viitorul calculatoarelor cu consum redus de energie – în viziunea unui savant

17.09.2023
Vizitatori unici: 740

Cu 10 ani în urmă, către altă aniversare a savantului Anatolie Sidorenko – director al Institutului de Inginerie Electronică și Nanotehnologii „D. Ghițu” al AȘM în perioada 2008-2020, scriam că a devenit lider recunoscut al cercetărilor în domeniul  supraconductibilităţii, dezvoltând pe parcursul a 35 ani de muncă o direcție nouă științifică Fizica sistemelor supraconductoare de dimensionalitate redusă şi fractale. Menționam atunci că este un cercetător împătimit de ştiinţă de mai multe decenii, cu rezultate competitive la scară internațională, veşnic grăbit, deplasările frecvente în străinătate constituind modul său de viaţă – acolo efectuează cercetări în cadrul unor proiecte comune cu savanţii finlandezi, polonezi, ucraineni sau germani. Cu ultimii, în genere, s-a stabilit o relaţie fraternă, am putea afirma că Germania a devenit o a doua patrie pentru fizicianul moldovean: a fost bursier al Fundaţiei DAAD în domeniul fizicii, Universitatea Karlsruhe (1991), bursier al Fundaţiei “Alexander von Humboldt” (1993-1995), în total a activat în Germania cca 12 ani.

 De această dată, dl Anatolie Sidorenko și-a sărbătorit aniversarea a 70-a, pe 15 septembrie 2023, în Sala Azurie a AȘM, la care și-a invitat prietenii, colegii, inclusiv pe cei din străinătate. Le-a propus și o temă de discuție interesantă, de actualitate și de mare perspectivă: prelegerea publică cu genericul „Rețele neurale artificiale supraconductoare: o direcție promițătoare în dezvoltarea supercalculatoarelor”.

La inaugurarea acestui eveniment, acad. Ion Tighineanu, președinte al AȘM, a făcut o succintă prezentare a activității dlui acad. A. Sidorenko, menționând că omagiatul este un membru activ al Academiei, mereu în ascensiune, un exemplu demn de urmat. Totodată, președintele AȘM a amintit că Anatolie Sidorenko a absolvit Facultatea de Electrofizică a Universității Tehnice a Moldovei. A susținut primul doctorat la Institutul Fizico-Tehnic de Temperaturi Joase din Harkov, a parcurs toate treptele în carieră de la inginer până la director de institut, s-a evidențiat prin participare efectivă în multe proiecte europene și internaționale. Prelegerea publică de azi, în opinia acad. Ion Tighineanu, ne va demonstra maturitatea savantului omagiat.

În continuare, acad. Anatolie Sidorenko și-a început prelegerea publică cu titlul deja anunțat „Rețele neurale artificiale supraconductoare ca o nouă direcție de perspectivă în dezvoltarea supercalculatoarelor”, exprimându-și gratitudinea pentru oportunitatea de a fi în această zi împreună cu colegii și prietenii săi, inclusiv cu cei din Germania, Ucraina, Țările de Jos, Suedia, Rusia, Franța, SUA, Armenia, Georgia și Polonia. În lucrarea prezentată, a făcut o trecere în revistă a activităților în domeniul cercetărilor fundamentale și dezvoltării bazei elementare pentru rețele neurale artificiale supraconductoare, realizate în ultimele două decenii în cadrul a trei proiecte din Programul de Stat, a proiectului Orizont 2020 SPINTECH și altora. Această direcție de cercetare, legată de structuri funcționale supraconductoare, în general, și de bază elementară a spintronicii supraconductoare ca elemente ale rețelelor neurale artificiale, în particular, a fost dezvoltată într-o strânsă colaborare internațională cu parteneri din Germania (profesorii Horst Hahn, Thomas Schimmel și Bernhard Keimer), Franța (prof. Igor Lukyanchuc), Suedia (profesorii Vladimir Krasnov și Alexander Golubov) și Rusia (profesorii Lenar Tagirov, Mikhail Kupriyanov, Igor Soloviev, Vasily Stolyarov, Sergei Bakurskii și Alexander Vakhrushev).

În context, a adus la cunoștința celor prezenți o informație succintă a istoriei de dezvoltare a microelectronicii, începând cu dispozitivele mecanice elaborate cu o sută de ani în urmă și calculatoarele în baza releelor, înlocuite cu cincizeci de ani în urmă de dispozitivele electronice în baza tranzistoarelor pe semiconductori, inventate de John Bardeen. Acestea, pe parcurs, s-au încununat cu dezvoltarea explozivă a electronicii în ultimele două decenii, cauzată de invenția microcipurilor și creșterea exponențială a numărului de tranzistoare într-un cip, precum și a puterii calculatoarelor, conform legii Moore. Ca rezultat, actualmente numărul tranzistoarelor într-un cip depășește cifra de un miliard.

Este interesantă prezentarea unuia dintre cele 700 de centre de date ale corporației Facebook, și anume acel din Lulea, Suedia, situat în apropierea cercului polar arctic, deoarece calculatoarele bazate pe tranzistorii pe semiconductori necesită o răcire intensă din cauza încălzirii excesive în procesul de operare. Acest centru de date ocupă o suprafață de 1 ha și are o putere de consum de 120 MW sau 9% din electricitatea consumată de Suedia. Pentru o creștere în continuare a capacității de procesare a acestui centru este necesar de a spori de 10 ori consumul de energie electrică, care ar conduce la colapsul sistemului energetic. Prin acest exemplu simplu, acad. Sidorenko a argumentat existența nu doar a unei limite geometrice de reducere a dimensiunilor tranzistoarelor pentru a crește numărului lor într-un cip, dar și limita legată de consumul imens al energiei electrice de către calculatoarele bazate pe semiconductori. Actualmente, strategia de dezvoltare extensivă a calculatoarelor a ajuns la punctul culminant, evidențiind necesitatea elaborării altor principii de construire a calculatoarelor. S-a argumentat că un exemplu elocvent, în acest sens, este demonstrat tocmai de natură, și anume de creierul uman, care reprezintă de fapt un calculator foarte eficient bazat pe sisteme neurale, cu un consum maxim de energie de doar 20 W, deși conține cca 1011 neuroni și 1015 sinapse. Neuronii, în opinia raportorului, sunt elementele analoge tranzistoarelor, adică elemente de comutare nelineare, iar sinapsele sunt elemente lineare ce asigură schimbarea nivelului de conexiune a neuronilor de la zero până la valoarea maximă. Astfel, are loc reglarea conexiunii între neuroni în sistemul neural, care are capacități de auto-învățare. Această capacitate lipsește în mașinile de tip Turing sau von Neumann.

Acad. Sidorenko a atras atenția că sistemele neurale au fost elaborate și în baza tranzistoarelor, aducând  ca exemplu procesoarele neuromorfe „IBM TrueNorth”, fiecare dintre care conține 5 miliarde de tranzistoare ce imită funcționarea a 1 mln de neuroni și 250 mln de sinapse. Au urmat exemple de utilizare a sistemului „IBM TrueNorth” în diferite aplicații practice, precum sistemele de identificare a automobilelor în trafic, în dispecerate la aeroporturi, în elaborarea vaccinurilor etc. Și din nou – neajunsul principal al acestor sisteme bazate pe semiconductori constituie consumul mare de energie.

În contextul necesității reducerii consumului de energie, a fost elucidată una dintre soluțiile pentru rezolvarea acestei probleme în sistemele neurale artificiale cu utilizarea supraconductoarelor. Din nou, s-a recurs la o retrospectivă a acestui domeniu de cercetare, inițiat în anul 1953 de către Dudley Allen Buck de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Însă, la acea etapă, funcționarea sistemului propus nu era fezabilă din cauza necesității aplicării câmpurilor magnetice foarte puternice de cca 30 kOe pentru comutare din starea  supraconductoare în cea conductoare. Cu 20 de ani în urmă, partenerii de colaborare științifică ai acad. A. Sidorenko (profesorii Alexander Golubov din Țările de Jos și Alexander Buzdin din Franța) au propus utilizarea heterostructurilor supraconductor/feromagnetic pentru reducerea drastică a câmpurilor magnetice pentru comutare. Au urmat rezultatele elaborării și cercetării neuronilor și sinapselor artificiale bazate pe nanostructuri funcționale stratificate supraconductor-feromagnet, care permit construirea unui calculator non-von Neumann cu un consum de energie cu câteva ordine de mărime mai mic în comparație cu calculatorul tradițional, proiectat pe elemente de bază semiconductoare.

După finalizarea prelegerii publice, cu un cuvânt de felicitare din partea Prezidiului AȘM a venit președintele AȘM Ion Tighineanu, care i-a înmânat omagiatului un buchet de flori și Medalia „Meritul Științific” de gradul doi, pentru realizările excepționale înregistrate în cercetările fundamentale și aplicative multidisciplinare și cu prilejul aniversării a 70-a. La rândul său, doamna m. c. Svetlana Cojocaru, vicepreședinte al AȘM și conducătoare a Secției Științe Exacte și Inginerești, i-a adus felicitări și mulțumiri acad. Anatolie Sidorenko pentru activitatea sa prodigioasă și îndelungată în domeniu și cu prilejul remarcabilei aniversări.

Din partea Universității Tehnice a Moldovei, a venit cu un cuvânt de felicitare și urări de bine prof. Vasile Tronciu, prorector UTM, care i-a înmânat omagiatului Diploma UTM și a dat citire mesajului de felicitare din partea rectorului, prof. Viorel Bostan. Mesaje de felicitare i-au adresat dlui Anatolie Sidorenko acad. Boris Găină, vicepreședinte al AȘM, dr. Victor Cojocaru, vicedirector al Institutului de Inginerie Electronică și Nanotehnologii „D. Ghițu”, dr. Mihai Tîrșu, director al Institutului de Energetică, și dl dr. Horst Hahn din Germania.

Președintele ASM, acad. Ion Tighineanu a încheiat ședința cu unele concluzii și cu exprimarea gratitudinii pentru toți participanții la prelegerea publică atât în Sala Azurie a AȘM, cât și în spațiul virtual în regim on-line.

 

Membru corespondent Veaceslav Ursachi,

Tatiana ROTARU

Categorie:

Înregistrări online