时间尺度：经典与非传统计算的编舞
摘要：计算机所需完成的任务通常与时间限制有关。例如，处理必须在给定的时间限制内终止；或者信号处理计算机必须在几个时间尺度上整合输入信息；或者机器人电机控制器必须以短的延迟时间对传感器信号做出反应。对于经典的数字计算机来说，只要物理时钟频率足够快，以满足最快的相关时间尺度，这些要求并不会带来根本性的问题。然而，当数字微芯片缩小到几纳米范围时，量子噪声和器件不匹配变得不可避免，或者当数字计算范式被弃用，在模拟神经形态系统或其他非传统硬件基础上，将时间尺度条件与物理硬件动态联系起来可能变得困难。在这里，我们深入探讨了任务定义的时间尺度条件与物理硬件时间尺度之间的关系。本文分为两个主要部分。第一部分我们建立了一个抽象的通用计算系统模型，可以统一讨论计算时间尺度。该模型足够通用，可涵盖数字计算系统以及模拟神经形态或其他非传统计算系统。我们确定了四种需要分别考虑的主要时间尺度：因果物理时间尺度；表象变化的时间尺度，描述事物在时间上的“速度”；快速反应的时间尺度，描述计算系统对输入触发信息的反应速度；以及内存时间尺度。第二部分我们调查了二十种已知的计算机机制，这些机制可以用于从可用硬件的物理条件中获得所需的与任务相关的时间尺度特征。
作者：Herbert Jaeger and Francky Catthoor
论文ID：2301.00893
分类：Emerging Technologies
分类简称：cs.ET
提交时间：2023-01-20