Версия для слабовидящих

                      

Поделиться в соцсетях!

Поделиться в FacebookПоделиться в TwitterПоделиться в OdnoklassnikiПоделиться в Vkcom
Понедельник, 17 Января 2022 11:02

Ученый из СевГУ выиграл президентский грант для молодых докторов наук

Доктор технических наук, профессор кафедры «Информационные технологии и компьютерные системы» Дмитрий Моисеев защитил докторскую диссертацию в возрасте 32 лет в 2019 году. В наступившем 2022 году ученый стал победителем конкурса грантов Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – докторов наук. Тематика гранта: «Методология вероятностного преобразования информации для структурного синтеза высокопроизводительных энергоэффективных вычислительных устройств, построенных на отечественной элементной базе».

Дмитрий закончил Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности в 2008 году по специальности «Специализированные компьютерные системы» с красным дипломом, окончил досрочно аспирантуру, в 2012 году защитил кандидатскую диссертацию, с 2015 года работает в Севастопольском государственном университете, в настоящий момент - в должности профессора.

2

«В классическом представлении в вычислительных системах, которые нас окружают в повседневной жизни, используется двоичное позиционное представление информации в виде нулей и единиц. В отличие от позиционных систем исчисления, где вес числа зависит не только от количества единиц, входящих в это число, но и от их позиций, я предлагаю использовать непозиционное представление, где вес числа зависит только от количества единиц в этом числе», - рассказывает Дмитрий.

Какие же преимущества может дать представление информации в виде вероятностных отображений?

При использовании классического цифрового позиционного подхода выполнение арифметических и логических операций сводится к классическим операциям сложения, вычитания, умножения и деления. Сложность выполнения арифметических операций заключается в том, что чем больше разрядов в операндах, тем сложнее получается функциональное устройство, которое выполняет эту операцию.

Из классической булевой алгебры мы знаем, что выполнение операций над вероятностями производится побитово, то есть поразрядно. Соответственно, в случае выполнения арифметической операции сложения или, к примеру, умножения над вероятностно представленными аргументами нам достаточно либо одного дизъюнктора, либо одного конъюнктора.

Таким образом, аппаратный объем вычислительных устройств уменьшается до двух порядков.

Понятно, что только плюсами такая ситуация не может ограничиваться.

Да, в нашем случае отрицательным фактором является обратная зависимость между точностью и быстродействием, то есть при выполнении операций над вероятностно представленными данными нам необходимо сначала классические данные преобразовать в вероятностную форму. На этапе преобразования, а потом восстановления возникают ошибки, связанные с тем, что длина преобразуемого ряда не бесконечна, и при восстановлении мы имеем дело не с истинным значением преобразуемой величины, а с его отображением. Получается, что нужно найти компромисс между точностью и быстродействием путём выбора оптимального количества статистических испытаний. Чем большее количество статистических испытаний мы выбираем, тем точнее получается результат и, соответственно, увеличивается время обработки.

Почему нас интересует именно уменьшение аппаратного объема?

В связи с санкционной политикой и импортозамещением наша отечественная промышленность не в состоянии производить конкурентоспособные интегральные схемы с применяемым в мировой практике уровнем интеграции. Даже доступные нам технологические процессы (порядка 90 нанометров) промышленно не освоены. У нас в стране не производят интегральные схемы, содержащие миллионы и миллиарды транзисторов, и мы не выпускаем конкурирующие чипы, поскольку ограничены в количестве элементов на которых они строятся, поэтому применение непозиционного представления информации в виде вероятностных отображений может принести максимальный эффект. Поскольку, если мы уменьшим количество логических элементов для реализации того или иного специализированного либо универсального вероятностного процессора в десять и, тем более, в сто раз, мы на одной и той же подложке сможем реализовать устройство, обладающее недостижимыми при иной форме представления информации сочетаниями их основных характеристик.

Для уменьшения, а в граничном случае устранения погрешности вероятностного преобразования я впервые разработал теорию псевдовероятностного преобразования и представления информации. При одинаковой тактовой частоте и соизмеримой погрешности вероятностного и псевдовероятностного преобразования достигается повышение быстродействия от одного до трёх порядков.

Применение параллельных вычислений над данными, представленными в виде вероятностных отображений, позволяет совместно с использованием псевдовероятностного преобразования расширить диапазон применения вероятностных устройств.

Тематика президентского гранта - продолжение тематики, которой ученые занимались в 2021 году в рамках внутреннего гранта СевГУ

По этой тематике у нас есть более 40 патентов на изобретения, полезные модели и свидетельств на регистрацию программ для ЭВМ.

Мы разрабатываем специализированные устройства, такие как измерители математического ожидания, измерители дисперсии, измерители средней полной мощности, вероятностные коррелометры, вероятностное устройство преобразования Фурье, вероятностный спектроанализатор и др. В качестве универсальных устройств нами также запатентовано арифметико-логическое устройство, содержащее в себе блоки: сумматора, вычитателя, умножителя и делителя, а также блок выполнения классических логических операций.

Прямым следствием того, что мы в десять раз уменьшим аппаратный объем, является кратное снижение энергопотребления и, как следствие, увеличение времени автономной работы. Это актуально в рамках основных направлений программы «Приоритет 2030» прежде всего для морских автономных измерительных устройств и беспилотных транспортных средств. Применение в них вероятностных вычислителей позволит значительно уменьшить энергопотребление и массогабаритные характеристики. Объекты смогут дольше летать, плавать, работать.

Помимо этого, применение вероятностного представления информации позволяет проводить шифрование информации абсолютно «бесплатно». Преобразуя информацию в вероятностную форму, мы ее шифруем, что необходимо для защиты информации в системах, в которых данные передаются по открытым каналам.

Каковы основные направления дальнейшего использования предполагаемых результатов?

Полученные в ходе выполнения проекта результаты носят междисциплинарный характер и могут быть использованы в любых отраслях народного хозяйства для синтеза и модернизации существующих и перспективных информационных систем, построенных на отечественной элементной базе и обладающих недостижимыми при иной форме представления информации сочетания их основных характеристик: быстродействия, точности, надёжности, помехозащищённости и аппаратного объёма.

Прочитано 994 раз(а)