Vnexpress.net

Ngày 19/4 tới, ngành công nghiệp điện toán sẽ kỷ niệm 40 năm ngày ra đời của định luật mang tên nhà đồng sáng lập hãng Intel. Tuy nhiên, tác giả của thuyết nối tiếng này tin rằng quá trình nhân đôi số transistor trên chip theo chu kỳ 2 năm không thể kéo dài lâu nữa.

Gordon Moore giới thiệu một tấm wafer (dùng làm chip) tại trụ sở Intel ở Santa Clara, California (Mỹ).

Dưới đây là trao đổi của Gordon Moore với một số hãng tin công nghệ quốc tế:

- Định luật Moore bắt nguồn từ đâu?

- Vào dịp kỷ niệm 35 năm của tạp chí Electronics vào năm 1965, tổng biên tập của họ mời tôi viết một bài báo về tương lai của các linh kiện bán dẫn trong vòng 10 năm tiếp theo. Tôi muốn trình bày ý tưởng về việc các mạch tích hợp (IC) sẽ là chìa khóa để tạo ra những thiết bị rẻ tiền hơn. Vì thế, tôi đặt ra phép ngoại suy về sau trở thành định luật này. Mạch điện lớn nhất vào thời điểm đó có khoảng 30 linh kiện bên trong. Tôi lần ngược lại lịch sử thì thấy con số đó bắt đầu từ 4,8,16...và cứ như vậy tăng gấp đôi mỗi năm. Lúc ấy tôi cũng không nghĩ điều này thực sự là chính xác và bản thân tôi chỉ muốn cố làm rõ rằng mọi thứ sẽ trở nên ngày càng tinh vi và rẻ tiền hơn. Cuối cùng, hóa ra điều mà tôi viết lại chính xác hơn cả mức bản thân tôi có thể tin. Một người bạn của tôi là giáo sư Carver Mead thuộc hãng Cal Tech đã đặt luôn tên cho phát hiện này là Định luật Moore và cứ thế người ta gọi nó như vậy. Suốt 20 năm tôi thậm chí không thể tự tin sử dụng cái tên đó và mãi về sau mới thấy chấp nhận được. Năm 1975, tôi thay đổi một số nội dung trong định luật và mọi thứ được giữ nguyên cho đến hiện nay. Vào thời điểm này, quy trình nhân đôi số transistor là xấp xỉ 24 tháng.

- Ông cảm nhận như thế nào về ý nghĩa của quá trình nhân đôi transistor này cũng như những cơ hội mà nó cho phép tạo ra?

- Tôi đọc lại bài báo mình viết và nhận thấy những vấn đề nhắc đến trong đó liên quan đến máy tính gia đình. Tôi rất ngạc nhiên khi thấy chính mình tìm ra tính quy luật như vậy. Thành thực mà nói tôi không biết mình đã dự báo một điều mang tính lý thuyết vào năm đó.

- Mọi thứ đang đi đến giới hạn và tốc độ nhân đôi bóng bán dẫn đã chậm dần. Những vật liệu mới có thể cho phép ngành công nghiệp máy tính vượt qua ngưỡng giới hạn?

- Với bất cứ vật liệu nào làm từ nguyên tử thì đều có một giới hạn cơ bản mà bạn không thể làm nhỏ hơn. Tôi đã thay đổi chu kỳ nhân đôi từ 1 năm lên 2 năm và dần dần có thể sẽ là 3-4 năm.

- Đã bao nhiêu lần người ta dự báo sự kết thúc của định luật Moore và bao nhiêu lần ông thực sự tin rằng điều đó sẽ xảy ra?

- - Trong 10 năm qua, tôi đã đọc rất nhiều bài báo viết về sự chấm dứt của tiến trình nhân đôi transistor trên chip. Có thời điểm tôi đã nghĩ rằng 1 micromet (1 phần triệu met) sẽ là giới hạn cuối cùng nhưng rồi mốc đó nhanh chóng bị vượt qua. Sau đó, tôi lại tin rằng 1/4 micromet sẽ là dấu chấm hết nhưng mọi thứ vẫn tiếp diễn. Giờ đây chúng ta đang ở mức dưới 1/10 micromet và đang tiến đến mức 1/65. Quá trình nhân đôi không thể kéo dài mãi mãi nhưng sự chấm hết sẽ chỉ đến trong ít nhất 10-20 năm nữa và đó cũng là khoảng thời gian mà chúng ta có thể dự báo.

- Thứ gì có thể thay thế silicon?

- Có thể là điện toán lượng tử hay công nghệ nano…Thực sự mà nói thì tôi vẫn rất hoài nghi về việc những thứ đó có khả năng thay thế hoàn toàn silicon kỹ thuật số. Bạn có thể dễ dàng tạo ra một transistor cực nhỏ bằng những công nghệ này với tần suất rất cao nhưng khó có thể kết nối hàng tỷ thứ đó lại với nhau. Đó chính là vấn đề. Mọi việc không đơn thuần chỉ là làm ra một transistor thật nhỏ.

Tôi coi công nghệ phát triển xoay quanh mạch tích hợp IC là phương pháp cơ bản để xây dựng các vi kiến trúc phức tạp. Thay vì bị thay thế, nó thực sự đang xâm nhập vào rất nhiều lĩnh vực khác. Chẳng hạn như chip gene. Silicon là một công nghệ rất mạnh mà sẽ còn được sử dụng rộng rãi. Tôi chưa thấy bất cứ thứ gì có tiềm năng thay thế nó.

Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là nhiều phát minh mới sẽ không thể được tích hợp lại, chẳng hạn việc tích hợp các ống nano carbon vào nhiều lớp kim loại hoặc tương tự như vậy. Dẫu sao, tôi vẫn chưa thấy đó là một giải pháp thay thế bóng bán dẫn silicon.

- Khi nhìn lại quãng đường đã qua, những sản phẩm nào có thể khiến ông thốt lên “Ái chà đúng là một tác phẩm đẹp”?

- Những thứ mà tôi cho là dấu mốc lại không phải là những tác phẩm đẹp mà là những sản phẩm có tính kinh tế cao. RAM động 1103 đầu tiên mà chúng tôi chế tạo tại Intel là một trong số đó. Đây chính là sản phẩm tạo doanh thu lớn thực sự đầu tiên của chúng tôi. Tiếp theo, tôi đánh giá rất cao bộ vi xử lý đầu tiên. Ban đầu, nó chạy rất chậm nhưng đã làm đúng tác vụ mà nó được thiết kế ra để hoàn thành. Cũng có rất nhiều thứ khác mang tính kinh tế cao nhưng tôi thường coi chúng là những sản phẩm mang tính cách mạng nhiều hơn.

- Ông nghĩ thế nào về việc sức mạnh điện toán liên tục được bổ sung theo định luật Moore có thể đem đến những chiếc computer có trí thông minh tương đương con người?

- Trí tuệ của con người, theo quan điểm của tôi, được tạo nên theo một cách khác xa so với máy tính. Tôi không cho rằng con đường mà chúng ta đang theo đuổi hiện nay sẽ đem đến một thứ gì đó giống như trí thông minh tự nhiên. Cái sức mạnh trí tuệ nhân tạo cần có để làm được những điều giống như bộ não vượt quá tất cả những gì chúng ta tạo ra trên trái đất này theo cách tiếp cận hiện tại.

- Chip đang ngày một nhỏ hơn trong khi đầu tư cho các nhà máy chế tạo thiết bị vi xử lý lại ngày càng trở nên đắt đỏ. Ông đánh giá ảnh hưởng của vấn đề này đối với ngành công nghiệp chế tạo chip như thế nào?

- Vào những năm 60 của thế kỷ trước, chi phí xây dựng cơ sở còn tương đối rẻ và vấn đề chưa có gì đáng kể. Mọi việc chỉ thực sự trở thành điểm nóng vào những năm 80 - trước đó yếu tố chi phí chủ yếu liên quan đến lao động và công nghệ. Các nhà máy chế tạo chip hiện nay đòi hỏi mức đầu tư từ 2,5 đến 3 tỷ USD nhưng ngược lại năng suất cao hơn nhiều. Khi Intel được thành lập vào năm 1968, chúng tôi dẫn đầu với công nghệ tấm wafer 2 inch. Còn hiện nay, các tấm wafer 12 inch với đường kính gấp 6 lần và diện tích gấp 36 lần cho phép chứa đựng nhiều thứ hơn và đem lại năng suất cao hơn nhiều.

- Ông có dự báo định luật gì mới cho 40 năm tới?

- Thôi, tôi xin chịu. Một vòng nguyệt quế cho định luật Moore này đã đủ rồi. Tất nhiên, cũng có thể có một định luật Moore phiên bản 2 nhưng người đẻ ra nó sẽ không phải là tôi.

- Ông dùng máy tính như thế nào?

- Tôi dành một nửa thời gian ngồi trước computer. E-mail là một phần quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của tôi. Hiện nay, tôi đã nghỉ hưu và mỗi năm cư trú 6 tháng ở Hawaii. Nếu không có máy tính thì chả biết tôi sẽ liên lạc như thế nào. Trên máy tính, tôi dùng các chương trình bảng tính và phần mềm văn bản nhiều nhất. Tôi cũng hay chơi các game đơn giản và xử lý ảnh.

Phan Khương (vnexpress.net tổng hợp)

 

Công nghệ vật liệu chip đi gần đến giới hạn

 

Thứ hai, 21/3/2005, 11:14 GMT+7

Các công ty thiết bị bán dẫn sẽ sớm phải tìm ra một chất liệu thay thế tấm wafer silicon để chế tạo bộ vi xử lý nếu họ muốn duy trì nhịp độ phát triển như mong đợi. Nhờ những bước tiến trong công nghệ sản xuất, ngành công nghiệp bán dẫn đã nâng cao được khả năng chế tạo ra những loại chip rẻ, tiêu thụ ít điện năng và công suất hoạt động mạnh hơn. Tuy nhiên, những tiến bộ này ngày càng khó đạt được khi mà thiết kế của chip ngày càng phải nhỏ hơn. Vật liệu silicon tinh khiết đang đi dần đến giới hạn. Tấm silicon wafer dùng để chế tạo chip. Đây không phải là lần đầu tiên ngành bán dẫn nỗ lực tìm kiếm một phương thức cải tiến tấm silicon. Hiện tại, kỹ thuật xử lý tiên tiến nhất trong việc chế tạo chip thương mại là công nghệ 90 nanomet (nm). Việc chuyển đổi từ công nghệ 130 nm sang 90 nm đã thu hẹp con đường mà các electron đi qua, để lại ít khoảng trống hơn cho chúng di chuyển giữa các phân tử của một tấm silicon wafer. Một giải pháp cho vấn đề này là silicon kéo căng (strained). Chất silicon căng khắc phục thách thức nói trên bằng cách làm biến dạng tinh thể silicon nhằm tăng hoạt động của chip. Ở cấp độ phân tử, các tinh thể silicon giống như một lưới nhiều phân tử được sắp xếp gọn gàng. Kéo căng lưới này bằng cách dùng một lớp hợp chất silicon-germanium mỏng trên tấm wafer sẽ tạo ra thêm không gian lưu thông cho các electron, để chúng có thể di chuyển thông suốt với ít cản trở. Kỹ thuật này giúp các transistor chuyển đổi trạng thái nhanh hơn, cải thiện hoạt động nói chung và hạ thấp tiêu hao năng lượng. Silicon căng phù hợp với các quy trình sản xuất tiên tiến nhất hiện nay và sẽ tiếp tục được dùng làm vật chất chính trong các công nghệ 65 và 45 nm. Tuy nhiên, đối với những công nghệ cao cấp hơn nữa thì cần phải có một loại chất khác. Vấn đề ở đây là kích thước. Khi mà công nghệ xử lý trở nên tinh xảo hơn thì khoảng cách phân biệt các đặc tính trên một chip được giảm bớt còn khả năng lưu thông tự do của các electron giữa những vùng trên chip tăng lên. Chính sự lưu thông này làm tiêu hao năng lượng và cản trở các hoạt động trên chip. Tìm ra một vật liệu phù hợp để dùng trong các quy trình xử lý chip tương lai là điều có thể những mất nhiều thời gian, sức sáng tạo và tiền của. Đó không phải một rào chắn nhỏ mà là một bức tường rất cao phải trèo qua. Vì chưa có câu trả lời cho vấn đề này nên silicon sẽ tiếp tục là nền tảng vật chất để chế tạo chip trong tương lai. Tuy nhiên, những chất liệu mới sẽ phải được bổ sung vào silicon nhằm tăng thêm các thuộc tính “cách” và “dẫn” cần thiết để những loại chip thế hệ mới hoạt động tốt. Các nhà nghiên cứu cho rằng, ở cấp độ xử lý dưới 45 nm, cần phải bắt đầu nghĩ đến một sự thay đổi có tính cách mạng về vật chất. Tìm ra chất thay thế cho các tấm silicon wafer tinh khiết không phải là vấn đề duy nhất mà ngành công nghiệp chip phải đối mặt. Một thách thức khác ở cấp độ dưới 45 nm là việc “làm sạch” chip trong quá trình sản xuất. Các lực Van der Waals (lực hấp dẫn yếu giữa các phân tử) có thể thu nhận cả những phân tử không cần thiết, chẳng hạn hấp thu cả chất Bo (boron) với phân tử silicon. Với kích thước của những loại chip dùng công nghệ dưới 45 nm thì đây sẽ là một vấn đề nghiêm trọng, chưa thể giải quyết bằng những phương pháp hiện có. Lực hấp dẫn giữa các phân tử khác nhau có thể phá hỏng chip. Các kỹ thuật làm sạch hiện nay - sử dụng nước và hóa chất - không thể chiến thắng được các lực Van der Waals. Các công ty chế tạo chip phải mất ít nhất vài năm để giải quyết vấn đề này trước khi có thể chuyển sang quy trình 45 nm. Intel, hãng sản xuất thiết bị xử lý số 1 thế giới, có kế hoạch chế tạo chip dùng công nghệ 65 nm trong năm nay và bắt đầu chuyển sang 45 nm vào 2007. Đến năm 2009, họ sẽ dùng công nghệ 32 nm và hai năm sau đó sẽ áp dụng quy trình 22 nm. Phan Khương (theo InfoWorld

 

Bao giờ quy luật Moore đến giới hạn?

Càng nhiều transistor tích hợp trên chip, khả năng xử lý của máy tính càng mạnh. Các bóng bán dẫn càng gần nhau thì khả năng truyền tín hiệu càng cao. Trong khi đó, các nhà nghiên cứu không ngừng chèn thêm linh kiện vào bộ xử lý. Nhưng quá trình này không thể kéo dài bất tận.

Năm 1965, Gordon Moore, đồng sáng lập hãng Intel, đưa ra tuyên bố nổi tiếng được gọi là “Quy luật Moore”: Số lượng bóng bán dẫn trên một chip sẽ liên tục tăng gấp đôi trong chu kỳ từ 18 đến 24 tháng. Trong 40 năm tiếp sau đó, lượng transistor đã tăng từ 2.300 lên 55 triệu và luật Moore tiếp tục chứng minh chân lý của nó. “Xét về nhiều mặt, chúng ta vẫn còn trong giai đoạn trứng nước của lĩnh vực vi xử lý”, Gordon Moore nói. “Còn rất nhiều điều mà ta có thể làm để chip mạnh hơn”.

Trong một chu trình giống như thuật in đá (lithography) khi chế tạo chip, các mạch điện được khắc axit lên silicon bằng cách chiếu ánh sáng qua một tấm màn. Cùng với việc cải tiến phương pháp sử dụng những bước sóng ngắn của ánh sáng, người ta có thể chế tạo những vi mạch ngày càng tinh xảo.

Tuy nhiên, theo tiến sĩ Dave Watson của hãng IBM, có một số khó khăn trong việc tiếp tục cải thiện hơn nữa quá trình nói trên và người ta đang bắt đầu chuyển sang sử dụng những bước sóng ánh sáng khác nhau, thay thế ánh sáng hiển thị thực bằng tia cực tím. Điều này cho phép ta sử dụng những bước sóng ngày càng ngắn hơn và nhờ đó có thể gắn thêm những linh kiện bé hơn nữa vào các bó vi mạch.

Mặc dù vậy, kể cả khi người ta có thể liên tục tinh xảo hóa quá trình lithography nói trên thì thách thức lớn nhất vẫn là nhiệt lượng tỏa ra khi chip trở nên quá nóng. “Các bộ vi xử lý tiêu thụ nhiều năng lượng hơn mức chúng thực tế cần để hoạt động và vì thế phát ra nhiệt lượng cao. Nguyên nhân chính là mật độ quá đông các linh kiện được gắn trên nó”, Watson nói. “Sẽ đến một giai đoạn khi mà bạn không thể khai thác sức mạnh toàn bộ các thành phần của chip cùng một lúc mà chỉ có thể dùng từng phần để giữ cho lượng nhiệt tỏa ra ở mức thấp nhất”.

Theo Watson, nếu nhìn vào công nghệ chip hiện nay, bộ phận lõi thực tế của thiết bị vi xử lý chỉ có thể dày khoảng 25 lớp nguyên tử silicon trong khi ta phải truyền điện giữa những bộ phận khác nhau. “Chính vì thế phải có hai thanh dẫn bằng đồng, ngăn cách bằng 25 lớp nguyên tử đó và các electron sẽ đơn giản nhảy từ mặt này sang mặt kia”, Watson giải thích. “Nếu càng làm nhỏ hơn nữa những yếu tố này, thì đơn giản là ta sẽ không thể kiểm soát các electron trong phạm vi một chip”.

Trước đây, các nhà phát triển thiết bị xử lý đã gặp phải những rào cản như vậy nhưng luật Moore luôn luôn đem lại một hướng đi mới để khắc phục. Sự thay đổi từ thanh dẫn bằng nhôm sang đồng trong chip cũng đồng nghĩa với việc tiết kiệm 30% năng lượng. Những loại chip cao cấp gần đây được làm từ chất gallium arsenide (Gali axênit) thay thế cho silicon thậm chí còn nâng công suất lên 40%. Tuy nhiên, kể cả khi khắc phục được vấn đề sức nóng, vật liệu mà tốc độ thì quá trình liên tục thu nhỏ cũng không thể diễn ra mãi mãi.

Nhiều chuyên gia dự báo, vào thập kỷ tới, luật Moore sẽ đạt đến giới hạn của nó và các hãng chế tạo chip sẽ không thể làm ra những dây dẫn mỏng hơn cấp độ nguyên tử. Khi đạt đến ngưỡng đó, nếu chúng ta vẫn muốn tăng cường sức mạnh cho thiết bị xử lý thì các nhà khoa học sẽ phải tiến hành một hướng đi khác.

Hiện nay, một trong những giải pháp được nhắc đến nhiều nhất chính là công nghệ lượng tử (quantum). Trong một máy tính quantum, dữ liệu được xử lý bằng cách khai thác những thuộc tính vật lý đặc biệt của lượng tử và các thành phần tính toán sẽ không phải là transistor mà là những nguyên tử được “bẫy”.

“Sự khác biệt giữa điện toán lượng tử và máy tính truyền thống là: trong cơ chế computer hiện nay, chúng ta xử lý các bit dữ liệu, mà tại một thời điểm nhất định, có thể là số 1 hoặc 0. Còn trong công nghệ lượng tử, chúng ta dùng đơn vị Qubit”, Giáo sư Andrew Briggs thuộc ngành vật liệu nano của đại học Oxford (Anh), giải thích. “Cái khác chính là mỗi Qubit biểu thị 1 hoặc 0 cùng một lúc. Ích lợi mà nó đem lại là chúng ta có thể áp dụng nhiều giải pháp khác nhau đồng thời cho một vấn đề”. Tổ hợp Qubit sẽ được thiết lập bằng cách sắp hàng những nguyên tử bị bẫy. Thay vì phải tìm ra một câu trả lời cụ thể cho một vấn đề, nhóm Qubit sẽ xác định tất cả những giải đáp khả thi với ít bước xử lý hơn nhiều so với điện toán truyền thống.

Phan Khương (theo BBC)

IBM phát triển công nghệ chip mới

Computer lượng tử có thể 'xử lý' bài toán không giải đượcợc

Nhà khoa học Australia gốc Việt Kiều Tiến Dũng đã có một khám phá có thể làm cho nền toán học và khoa học computer của thế kỷ trước vượt qua được giới hạn của chính nó: Những bài toán từng được coi là "không giải được" hoặc "không tính được" có thể sẽ giải được bằng cách sử dụng những tính chất bí ẩn của cơ học lượng tử.

Công trình này hiện thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học trên thế giới.

Hoàn toàn độc lập với Kiều Tiến Dũng, hai nhà khoa học New Zealand là Christian Calude và Boris Pavlov cũng đi đến những kết luận tương tự. Tạp chí New Scientist, một tạp chí tiên phong trong việc giới thiệu những tư tưởng mới trong khoa học, bình luận: Đó là một cuộc tấn công táo bạo vào chính những giới hạn của toán học, nhờ đó có thể lấy lại những kho báu mà chúng ta tưởng rằng vĩnh viễn sẽ nằm ở phía bên kia tầm với.

1- Giới hạn tính toán bằng computer

Mặc dù computer ngày nay làm được biết bao nhiêu điều kỳ diệu, nhưng nó có những hạn chế nội tại không thể vượt qua. Người có công khám phá ra điều này là Alan Turing (1912-1954), nhà toán học xuất sắc người Anh, chuyên gia giải mã kỳ tài của Anh trong Chiến tranh thế giới thứ II, được coi là một trong những cha đẻ của khoa học computer ngày nay.

Ngay từ năm 1936, Turing đã phác thảo ra thiết kế của một chiếc máy tính hoạt động theo chương trình, được gọi là máy Turing (Turing Machine). Về nguyên tắc, đó chính là cái mà bây giờ chúng ta gọi là computer. Sau chiến tranh ông dồn hết nỗ lực vào việc tìm nguyên lý hoạt động cho chiếc máy tưởng tượng của mình. Năm 1954, ông tự sát vì bị kết tội đồng tính luyến ái, để lại cho đời một tác phẩm bất hủ, được liệt vào danh sách 10 công trình khoa học tuyệt tác của thế kỷ 20: "On the Computability of Numbers" (Về khả năng có thể tính toán bằng số). Nội dung cơ bản của công trình này chỉ rõ khi nào một bài toán có thể giải được (bằng số) và khi nào thì không.

Gần như đồng thời, Alonzo Church, một nhà logic toán học nổi tiếng tại Đại học Princeton cũng cho công bố một bài báo nhan đề "Một bài toán không giải được của lý thuyết số sơ cấp" (An Unsolvable Problem of Elementary Numbertheory), trong đó chỉ ra rằng có những bài toán không thể giải được bằng thuật toán. Ngay lập tức, Turing chứng minh rằng kết luận của Church tương đương với kết luận của chính ông. Kết luận đó đã đi vào lịch sử của khoa học tính toán như một nguyên lý nền tảng về khả năng giải được hoặc không giải được của một bài toán, được gọi là Luận đề Turing-Church (Turing-Church Thesis) với nội dung cơ bản như sau:

Nếu một bài toán có thể giải được bằng cách sử dụng một tập hợp các quy tắc rõ ràng trong một số bước hữu hạn, thì bài toán đó có thể giải được bằng một chương trình trên computer, và ngược lại.

Nói một cách đơn giản: Một bài toán được coi là giải được nếu có thể tìm được một thuật toán hữu hạn để giải nó. Nếu không, bài toán là không giải được. Thực chất luận đề này là sự tổng quát hóa nguyên tắc lập trình cho computer hiện đại. Nó đã trở thành nền tảng, "sách gối đầu giường", một định nghĩa bất khả kháng của khoa học tính toán.

Sau khi khẳng định nguyên lý hoạt động cho chiếc máy của mình, Turing đặt vấn đề: Phải chăng có những bài toán đòi hỏi một thời gian vô hạn để giải? Và ông đã tìm ra một bài toán cụ thể thuộc loại đó - bài toán Tính dừng - SCTM (The Halting Problem) nổi tiếng. Nội dung cụ thể là:

Liệu có thể tiên đoán một chương trình cho trước sẽ ngừng hoặc chạy vòng quanh mãi mãi hay không? Turing trả lời: Không, không thể tiên đoán được. Do đó không thể khắc phục được sự cố này.

Trong khi sử dụng computer, ai cũng có thể gặp SCTM. Gặp sự cố này chúng ta chỉ có cách kiên trì chờ đợi hoặc bấm nút "restart" (khởi động lại). Các nhà khoa học computer sau này cũng tiếp tục xác nhận rằng không có ngôn ngữ chương trình nào (Pascal, BASIC, Prolog, C,...) có thể có được một công cụ cho phép khám phá ra mọi sai hỏng (bugs) dẫn tới ngưng hoạt động hoặc gây ra những vòng xử lý (processing loops) kéo dài vô tận.

Tính dừng là bài toán điển hình về hạn chế của computer. Sau này các nhà khoa học computer còn xác định được nhiều bài toán hạn chế khác như bài toán virus, bài toán tìm chương trình tối ưu cho một hoạt động định trước. Các nhà toán học cho rằng cơ sở logic của tính hạn chế này là Định lý bất toàn của Kurt Godel: Bất kỳ một hệ logic hình thức nào cũng không đủ mạnh để tự nó chứng minh nó phi mâu thuẫn, suy ra computer cũng không thể khắc phục được những sai hỏng trong những bài toán mà nó phải tự "xử lý" nó. Gregory Chaitin tại IBM còn cho rằng nguyên nhân của những hạn chế đó là ở chỗ tính ngẫu nhiên không phải chỉ tác động trong vật lý (như trong cơ học lượng tử), mà tác động ngay cả trong toán học. Chẳng hạn, số nguyên tố là hiện tượng mang tính ngẫu nhiên mà toán học không thể tìm ra những quy tắc xác định thống trị chúng. Tóm lại các hệ logic cũng chứa đựng tiềm ẩn tính bất định!

Với tất cả những lý lẽ đó, khoa học computer dựa trên Luận đề Turing-Church đã tự đặt ra một giới hạn không thể vượt qua. Đó là một kết luận mang ý nghĩa như một "chân lý không thể thay đổi", một nguyên lý "bất di bất dịch", một cột mốc "vĩnh viễn ở phía bên kia tầm với", một bức tường "bất khả xâm phạm".

Trong suốt hơn nửa thế kỷ qua, không ai dám vượt qua bức tường giới hạn đó.

2-Computer lượng tử sẽ cho phép vượt qua giới hạn

Năm 1984, sau khi đỗ bằng cử nhân toán - lý xuất sắc tại Đại học Queensland, Australia, Kiều Tiến Dũng nhận được học bổng làm luận án tiến sĩ tại Đại học Edinburgh ở Anh. Hoàn thành luận án năm 1988, ông trở thành giáo sư Đại học Edinburgh và Đại học Oxford. Năm 1991, ông trở về làm giáo sư Đại học Melbourne, đồng thời cộng tác nghiên cứu với các đại học danh tiếng nhất của Mỹ như Đại học Princeton, Đại học Columbia, Đại học MIT. Hiện ông là lãnh đạo nhóm nghiên cứu của CSIRO - Cơ quan nghiên cứu quốc gia của Australia, kiêm giáo sư vật lý lý thuyết tại Đại học Swinburne thuộc thành phố Melbourne.

Trong một công trình nghiên cứu ứng dụng các nguyên lý của cơ học lượng tử vào khoa học tính toán được gửi tới Viện nghiên cứu quốc gia Mỹ ở Los Alamos gần đây, giáo sư Kiều Tiến Dũng đã đưa ra một kết luận hết sức quan trọng: "Chúng tôi bác bỏ Luận đề Turing-Church bằng cách chỉ ra rằng tồn tại những bài toán không giải được theo nguyên lý Turing, nhưng có thể giải được bằng cách thực hiện những quy trình cơ học lượng tử xác định rõ ràng". Nói cách khác, giáo sư Dũng đã khám phá ra rằng những bài toán không giải được bằng computer hiện nay thực ra có thể giải được bằng computer lượng tử - computer dựa trên nguyên lý mã hóa lượng tử.

Theo NewsFctor, công trình của giáo sư Kiều có thể bắn một phát đạn trúng hai đích: Bài toán số 10 của David Hilbert và SCTM của Alan Turing.

Năm 1900, trong Hội nghị toán học thế giới họp tại Paris, Hilbert, một trong những nhà toán học lớn nhất thời đó, nêu lên 23 bài toán chưa giải được như một thách thức đối với toán học thế kỷ 20. Bài toán số 10 có nội dung như sau: "Hãy tìm một phương pháp để xác định xem liệu một phương trình Diophantine có giải được hay không?".

Phương trình Diophantine là phương trình đại số dạng đa thức nhiều biến với hệ số nguyên, nghiệm nguyên. Thí dụ Định lý Pythagoras hoặc Định lý cuối cùng của Fermat là những thí dụ cụ thể của phương trình Diophantine. Có thể phát biểu lại bài toán số 10 như sau: Liệu có thể tìm được một thuật toán hoặc một chương trình computer để tìm nghiệm nguyên của một phương trình đại số dạng đa thức nhiều biến với hệ số nguyên hay không?

Năm 1970, bài toán số 10 được các nhà khoa học computer chứng minh rằng nó tương đương với bài toán "Xác định xem liệu một chương trình computer định trước có thể giải được những phương trình đại số đa thức hay không, hay sẽ bị treo hoặc dừng?". Từ đó thấy rằng bài toán số 10 của Hilbert tương đương với SCTM của Turing - một bài toán không giải được.

Giáo sư Kiều Tiến Dũng tuyên bố ông có thể giải được cả hai bài toán trên. Ông giải thích, với cơ học lượng tử, chúng ta có thể sử dụng một "thuật toán lượng tử" để tìm kiếm một số vô hạn lời giải khả dĩ thích hợp với phương trình trong một khoảng thời gian hữu hạn. Đây là đặc điểm quan trọng nhất của computer lượng tử - yếu tố hơn hẳn và khác biệt hẳn của computer lượng tử so với computer thông thường hiện nay.

Nếu có thể xem xét tất cả các lời giải có thể có thì đương nhiên sẽ biết phương trình có thể giải được bằng thuật toán của chúng ta hay không, và cũng sẽ biết computer lượng tử có bị treo hay không, tức là cùng một lúc có thể giải được cả bài toán số 10 của Hilbert lẫn SCTM của Turing.

Giáo sư Dũng nhấn mạnh: "Thuật toán lượng tử của chúng tôi, thực ra, được xem như một cuộc tìm kiếm vô hạn các số nguyên trong một khoảng thời gian hữu hạn - kiểu tìm kiếm cần thiết để giải bài toán Tính dừng của Turing".

Nhưng tại sao computer lượng tử lại có khả năng phi thường đến như thế? Câu trả lời phụ thuộc vào cơ sở vật lý của computer lượng tử - những nguyên lý kỳ lạ của thế giới lượng tử mà thế giới thông thường không có.

3. Cơ sở vật lý trong khám phá của giáo sư Kiều Tiến Dũng

Ngôn ngữ cơ bản của computer là hệ nhị phân - dãy chữ số gồm 1 và 0. Số 1 tương ứng với trạng thái mạch điện đóng và ngược lại, số 0 tương ứng với trạng thái mạch điện mở và ngược lại quan hệ tương ứng này là 1-1. Nói cách khác, mỗi trạng thái vật lý của mạch điện tương ứng với một thông tin duy nhất và ngược lại. Trong computer lượng tử, tình hình diễn ra hoàn toàn khác: Các hạt lượng tử, chẳng hạn electron và protons, cùng một lúc có thể tồn tại trong những trạng thái lượng tử khác nhau.

Các nhà khoa học mô tả đó là sự tồn tại trong một "siêu vị thế trạng thái" (superposition of states). Tính chất này đến nay vẫn là một đặc trưng bí ẩn của thế giới lượng tử mà bản chất của nó chưa ai có thể giải thích rõ ràng chính xác. Một số người mô tả nó như một biểu hiện "rối lượng tử" (quantum entanglement), một số khác coi đó như một trong các biểu hiện bất định. Chẳng hạn, điều rất kỳ lạ là trong cùng một lúc các hạt lượng tử có thể đồng thời quay quanh trục (spining) theo chiều thuận kim đồng hồ lẫn chiều ngược kim đồng hồ, hoặc cùng một lúc có thể đồng thời đạt những mức năng lượng khác nhau. Nhưng dù chưa giải thích được bản chất của hiện tượng siêu trạng thái, các nhà nghiên cứu computer lượng tử vẫn đang tìm cách lợi dụng tính chất bí ẩn đó để xây dựng một thế hệ computer hoàn toàn mới - computer lượng tử - trong đó tại mỗi thời điểm computer có thể đồng thời có hàng nghìn trạng thái khác nhau, tức là tại mỗi thời điểm computer có thể đồng thời thực hiện hàng nghìn phép toán khác nhau.

Điều này dẫn tới kết quả computer lượng tử có thể xử lý một lượng thông tin vô hạn trong một thời gian hữu hạn. Đó chính là cơ sở vật lý của khám phá của Kiều Tiến Dũng, Christian Calude và Boris Pavlov.

Với khám phá này, không phải chỉ có bài toán số 10 của Hilbert hoặc SCTM của Turing sẽ được giải, mà sẽ có hẳn một lớp các bài toán không giải được sẽ được giải, với công cụ mới là computer lượng tử. Giả thuyết Golbach (Golbach' s Conjecture) có thể sẽ là một trong lớp đó. Giả thuyết này nói rằng mọi số chẵn đều là tổng của hai số nguyên tố. Giả sử bạn có thể viết được một chương trình cho computer lượng tử để, trong một thời gian hữu hạn, kiểm tra một số lượng vô hạn các thí dụ cụ thể (điều mà computer thông thường không thể làm vì đòi hỏi thời gian vô hạn). Nếu bạn tìm thấy một trường hợp sai, tức là Giả thuyết Golbach sai, bài toán chấm dứt. Nếu chương trình chạy trên máy hoàn thành mà không phát hiện thấy trường hợp sai, suy ra giả thuyết đúng. Một bài toán khác trong lớp đó có thể sẽ là Giả thuyết Riemann (Riemann's Hypothesis), một "chướng ngại lớn" của toán học đang được treo một giải thưởng trị giá 1 triệu USD cho ai giải được, có thể cũng sẽ được computer lượng tử trong tương lai giải quyết. Và nếu quả thật lớp những bài toán "ghê gớm" này đều được giải quyết hết thì không còn gì có thể so sánh nổi với tầm vóc vĩ đại của computer lượng tử nữa. Khi đó khó mà dự đoán khoa học sẽ còn tiến bộ vượt bậc đến đâu nữa và tạo ra những huyền thoại gì. Và tất nhiên khi đó chúng ta sẽ có dịp nhìn nhận lại rằng ai là người đã tiên đoán được khả năng siêu phàm của computer lượng tử như thế, và đã tiên đoán vào lúc nào.

4. Kết luận và nhận định bước đầu

Sẽ là quá sớm để đưa ra một kết luận khẳng định chung cuộc vào lúc này về công trình nghiên cứu của Kiều Tiến Dũng và của các nhà khoa học New Zealand nói trên. Bởi vì hiện nay computer lượng tử chưa ra đời, chúng đang được thai nghén trong các dự án nghiên cứu. Bất cứ khám phá nào, dù trên lý thuyết đúng 100%, cũng chỉ có thể được coi là một chân lý sau khi đã được thực nghiệm kiểm chứng. Tuy nhiên, về mặt lý thuyết, công trình nghiên cứu của Kiều Tiến Dũng được nhiều nhà vật lý - toán học và khoa học computer đánh giá cao, và đang nằm trong sự chú ý của giới khoa học computer trên toàn thế giới.

Tiến sĩ Richard Gomez, giáo sư Đại học George Mason ở Mỹ, một chuyên gia có uy tín lớn trong khoa học computer hiện nay nhận định: "Tôi đã đọc các công trình của giáo sư Kiều Tiến Dũng và nhận thấy chúng đó hoàn toàn phù hợp với những khám phá của các nhà nghiên cứu khác trong lĩnh vực tính toán lượng tử và vật lý lượng tử. Không còn nghi ngờ gì nữa, hiện nay đã có một sự chấp nhận rộng rãi rằng thông tin mang tính chất vật lý, và vật lý lượng tử cung cấp những quy luật của sự ứng xử vật lý đó". Ông nói tiếp: "Đặc trưng kỳ lạ của cơ học lượng tử cho phép chúng ta làm việc với toàn bộ thông tin theo những cung cách hoàn toàn mới. Đơn giản là giáo sư Kiều đã biết lợi dụng những quy luật của vật lý lượng tử để đạt tới những kết quả mà trong thế giới của vật lý cổ điển không thể đạt tới được".

Nếu lý thuyết của các nhà khoa học này được thực nghiệm trong tương lai sắp tới xác nhận, thì đây có thể sẽ là những thành tựu sánh ngang với những công trình bất hủ nhất của khoa học tính toán trong thế kỷ 20. Sự đánh giá này sẽ được kiểm nghiệm nhanh hay chậm tùy thuộc vào tốc độ phát triển của công nghệ computer lượng tử.

Bản thân giáo sư Kiều Tiến Dũng cho rằng khoảng vài ba chục năm nữa computer lượng tử sẽ biến thành hiện thực.

(Theo Tia Sáng)

Giấc mơ của nhiều chuyên gia tin học hiện nay là tận dụng hiệu quả từ những phản ứng có chiều hướng ngày càng phức tạp của các thiết bị điện tử khi chúng được thiết kế nhỏ dần. Đó chính là việc ứng dụng lý thuyết lượng tử để tạo ra sự đột phá của ngành công nghệ thông tin (CNTT).

Các kỹ sư hy vọng sẽ sử dụng được một trong những nguyên lý của thuyết lượng tử - "Nguyên tắc bất

Ý tưởng về mạch lượng tử.

định" - để thiết kế những cỗ máy có khả năng thực hiện cùng lúc nhiều phép tính quy mô lớn, vượt xa cả công năng lý thuyết của các máy tính thông thường hiện nay.

Xây dựng một máy tính lượng tử ứng dụng vẫn còn là điều khó khăn. Tuy nhiên, những bước đi đầu tiên trong lĩnh vực này đang được thực hiện. Tiến sĩ Stephan Gulde và các đồng sự tại trường Đại học Insbruck (Áo) đã xây dựng mô hình thử nghiệm với bộ phận hoạt động chủ đạo là một nguyên tử calcium đơn và cho các chương trình chạy trên nguyên tử này.

Những máy tính thông thường hiện nay thao tác theo đơn vị số nhị phân là bit. Trong khi đó, máy tính lượng tử tính toán theo đơn vị qubit, tức là số nhị phân lượng tử. Mỗi bit biểu thị một giá trị số 1 hoặc 0. Tuy nhiên, dựa theo "Nguyên tắc bất định" (nguyên tắc này cho rằng không bao giờ có thông tin hoàn hảo về phản ứng của một vật thể cực nhỏ), một qubit biểu thị đồng thời cả giá trị 1 và 0. Điều này cho phép mỗi qubit tham gia vào hơn một phép tính cùng lúc. Đó là lý do tại sao một máy tính lượng tử có thể đồng thời thực hiện các phép tính toán cực lớn. Tuy nhiên, đặt giá trị ban đầu cho qubit rất khó và việc đọc kết quả cũng vậy.

Theo các chuyên gia của IBM, tiềm năng của máy tính lượng tử là khả năng giải quyết cực nhanh những vấn đề phức tạp mà các siêu máy tính mạnh nhất hiện nay dù mất hàng triệu năm cũng không tìm ra lời giải.

Việc đánh giá giá trị của qubit được thể hiện qua thí nghiệm đồng xu của David Deutsch và Richard Jozsa, hai nhà tiên phong trong lĩnh vực tính toán lượng tử. Thông thường, để xem hai mặt của một đồng xu ta phải lật nó lại. Như vậy là mất hai bước. Trong khi đó, Deutsch và Jozsa dùng tính toán lượng tử để cùng lúc xem cả hai mặt của một đồng xu (giả tưởng) sau khi nó được tung lên. Một qubit sẽ là sự kết hợp bình quân giữa mặt sấp và mặt ngửa.

Tiến sĩ Gulde (Đại học Insbruck, Áo) thực hiện thí nghiệm của mình bằng cách chặn một nguyên tử (Ion) calcium tích điện trong một cái "bẫy" điện trường dao động, sau đó xử lý bằng ánh sáng từ một máy phát laser. Thay vì đốt nóng nguyên tử này, quá trình chiếu laser làm cho nó giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng và nguội dần. Quá trình làm nguội giảm bớt những ảnh hưởng bên ngoài lên các thuộc tính của nguyên tử. Hai trong số những thuộc tính ấy là tính chất điện tử của Ion (mức độ năng lượng của các electron bên trong nó) và tính chất rung (sự cộng hưởng của nó trong "bẫy"). Việc tính toán được thực hiện bằng những đợt phóng laser tác động lên cả hai thuộc tính trên của nguyên tử. Kết quả cho ra ở dạng mã hoá. Để đọc kết quả đó, những đợt laser sẽ tiếp tục được chiếu vào Ion, kích thích cho nó lộ ra dưới dạng ánh sáng.

Tại hội nghị về vi mạch điện tử tổ chức thường niên vào mùa hè, ở Đại học Stanford (Mỹ), với sự hiện diện của nhiều hãng công nghệ như IBMSwitchOn, SiliconAccess, EmpowerTel, Vitesse, C-Port… đại diện của IBM đã giới thiệu dự án nghiên cứu của họ về một máy tính lượng tử 215Hz, với bộ xử lý 5-qubit. Hiện nay, đây là máy tính lượng tử lớn nhất trên thế giới - 5 qubit trong một phân tử đơn. Phân tử này bao gồm 5 nguyên tử flo, mỗi nguyên tử biểu thị 1 qubit.

Nhóm nghiên cứu của IBM, do Isaac Chung chỉ đạo, đã theo đuổi dự án này từ cuối những năm 80. Máy tính 5 qubit là thành công mới nhất của họ, có khả năng giải quyết vấn đề xác định trình tự. Điều này có liên quan đến việc phá mã chỉ trong một bước và nó cũng quyết định chu kỳ của một chức năng. Các máy tính kỹ thuật số hiện nay giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng sự lặp đi lặp lại các giá trị của một chức năng. Qubit sẽ đưa ra một mức độ hoàn toàn mới. Về bản chất, qubit biểu thị đồng thời tất cả các giá trị có thể của các dữ liệu khác nhau được nhập vào, nhờ đó máy tính lượng tử có khả năng xem xét mọi giá trị khả thi đầu vào ngay lập tức và chỉ cần một bước để giải quyết vấn đề. Đây là nguyên tắc cơ bản trong phép tính toán song song, nghĩa là xử lý thông tin song song ở cấp độ bit.

Máy tính lượng tử 5 qubit của IBM là một bước tiến lớn trong lĩnh vực này. Nhưng vẫn còn một chặng đường dài trước khi nó có thể cạnh tranh được với các siêu máy tính kỹ thuật số hiện nay do vẫn còn một số hạn chế như: tuổi thọ của hệ thống ngắn và sự điều khiển từ bên ngoài đối với một cỗ máy lượng tử còn tương đối khó khăn (trong quá trình diễn ra hoạt động tính toán, các qubit tương tác với nhau theo một phương thức gắn kết chặt chẽ, giống như cùng ở trong một cái "bẫy", và độc lập với những yếu tố của môi trường bên ngoài máy tính).

Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu tin tưởng rằng máy tính lượng tử sẽ giải quyết được cản trở đó trong thập kỷ này. Nếu những khó khăn liên quan đến các phương pháp phân tử có thể được khắc phục thì quá trình sản xuất mạch silicon sẽ tiến bộ đáng kể. Mạch lượng tử có thể được tạo ra bằng cách sử dụng những phản ứng hoá học được tự động kiểm soát. Điều này có thể biến những kiến thức hiện nay về vi mạch trở nên lỗi thời. Mặc dù vậy, từ nay tới lúc đó, các nhà thiết kế và sản xuất bộ xử lý vẫn phải tiếp tục biện pháp sản xuất chip hiện hành.

Phú Khương (theo The Economist)

AMD trình làng chip Opteron

Thứ tư, 23/4/2003, 01:00 GMT+

Hôm qua, nhà sản xuất chip có trụ sở tại bang California (Mỹ) giới thiệu bộ vi xử lý 64 bit đầu tiên của mình mang tên mã Sledgehammer. Sản phẩm được thiết kế cho máy chủ doanh nghiệp đắt tiền - lĩnh vực béo bở do đối thủ Intel chiếm giữ. Khác với bộ xử lý máy chủ Xeon của nhà sản xuất chip lớn nhất thế giới, Sledgehammer cho phép khách hàng chạy cả 2 loại ứng dụng: 32 và 64 bit. AMD cho biết Opteron 240 (tương đương với Xeon 2.6) có giá bán 283 USD, trong khi Opteron 244 (tương đương Xeon 3.06) được bán với giá 794 USD.   Quảng cáo bắt mắt của AMD. "Với dòng Opteron, mỗi năm AMD có thể tăng 2 điểm phần trăm thị phần máy chủ, từ 2% trong năm 2002 lên 10% vào năm 2006", Nathan Brookwood, nhà phân tích của công ty nghiên cứu Insight 64, nhận định.   AMD dự định tung ra bộ xử lý Athlon 64 bit dành cho máy tính để bàn với tên mã Clawhammer vào tháng 9. Tuy nhiên, Intel - công ty đang chiếm 80% thị phần bộ xử lý PC - chưa có kế hoạch cạnh tranh cụ thể. Theo Công ty dữ liệu quốc tế, Xeon của Intel đang thống trị thị trường máy chủ, theo sau là chip Sparc của Sun Microsystems. Hiện nay, bộ xử lý Itanium 64 bit của nhà Intel thường được sử dụng trong máy chủ đắt tiền (trị giá ít nhất 25.000 USD), nhưng không hỗ trợ các chương trình ứng dụng 32 bit. Minh Long (theo Reuters)

Siêu máy tính của IBM dùng Linux