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研究背景主要来自两个方面,1965年Moore提出摩尔定律后,如图所示许多科学家预言…,因此早在上世纪60年代,人们就开始寻求新的非传统计算模型 * 电子计算机处理信息能力难于适应来自生物医药,航空航天等领域的大数据发展及处理需求,它起源于一次火星任务,戈尔丁意识到控制太空飞船的指令延时过长,因此太空飞船必须能自主运行。他估计,一次火星任务需要的软件将挑战科技极限,代码将超过数千万行,“软件的成本太高了,这是一个大问题,是我们国家难以承受的”在20016年,美国航空航天局前掌门丹尼尔·戈尔丁打造出了一款神经芯片, * * 我们可以试着想象,一台电脑正在破解一个迷宫,现在它来到了一个选择点,这里有一条路通向左边,另外一条通向右边,计算机一般需要选择要先探索哪一条路. “我们的计算机这种可以增长的特性,使其可以比其他形式的计算机更快,也使得其可以解决很多之前被认为不可能解决的问题。 * 基因计算技术的理论研究与应用 二零一七年三月 汇报内容 个人基本情况 一 研究的背景及意义 二 研究内容与研究方案 三 科研计划 四 2. 研究方向 生物材料:DNA分子、细胞、细胞群等 生物计算 二、研究的背景及意义 Linley Gwennap 著名半导体市场分析师 John Gustafson AMD首席设计师 Ross D King 研究背景一: 电子计算机制造工艺技术即将达到极限,摩尔定律面临挑战 Gordon E. Moore 摩尔定律 张首晟 自旋电子理论提出者 非确定性通 用图灵机(NUTM) 的可行性 Yoram Cedar SanDisk首席技术官 加来道雄 弦理论奠基人 Adam L. Penenberg 著名杂志撰稿人 丹尼尔 戈尔 开发神经网络芯片 二、研究的背景及意义 社交网络 facebook 云计算 Google Jim Gray 图灵奖获得者 Science 专刊 Dealing with Bigdata 2013年 信息安全 2016年 医药生物 美国国家基金会 超摩尔工程 奥巴马 大数据战略 2016年 航空航天 研究背景二: 电子计算机信息处理能力难于适应大数据的发展及处理需求 三、研究内容与研究方案 输出 运算规则 DNA计算模型 多“核”计算系统 分布式并行生物计算模型 DNA计算机是利用DNA建立的一种完整的信息技术形式,以编码的DNA序列为运算对象,通过分子生物学的运算操作以解决复杂的数学难题。 DNA计算机 并行性 体积小 廉价环保 数以亿计的DNA计算机可以从不同角度处理问题,提高效率 存储量大 DNA计算机比目前的计算机小许多倍 只要存在细胞生物,有DNA可以供应。与制造传统微处理器的有毒材料不同,DNA生物芯片属于环保材料。 450克重的DNA所能够存储的信息超过了当前所有电子计算机能够存储的信息 耗能低 仅相当于普通电脑的10亿分之一,如果放置在活体细胞内,能耗还会更低; 三、研究内容与研究方案 生物计算机是人类期望在21世纪完成的伟大工程。是计算机世界中最年轻的分支。目前的研究方向大致是两个:一是研制分子计算机,即制造有机分子元件去代替目前的半导体逻辑元件和存储元件;另一方面是深入研究人脑的结构、思维规律,再构想生物计算机的结构。 三、研究内容与研究方案 研究内容:DNA计算机的设计 研究方案 门元件能够完成简单的逻辑判断工作,许多门元件组合在一起能完成复杂的计算。 三、研究内容与研究方案 如果两个相遇的DNA分子有着互补的序列,单链就会扣在半双链的多出来的单链上,并将之前的半双链解开,释放出一个新的自由单链。”这样的过程会持续下去,直到获得足够的输出信号为止。 输入的信号会被乘以某种权重,只有当结果大于某个特定的阈值时,才会释放出指定的输出信号。 逻辑门元件由DNA单链和DNA半双链—一部分双链一部分单链构成的DNA分子—组成。单链条作为输入和输出信号,能够与半双链DNA分子相互作用,更简单更可靠, 三、研究内容与研究方案 如果计算机采用了四进制会有什么好处? 计算模型 虽然目前单个DNA计算机的运算速度比传统计算机慢得多,但由于它能够同时执行大量的 运算,如一根试管可容纳一万亿个DNA计算机,这些计算机可以同时并发运算,但是DNA 计算机至少非常适合于解决那些需要穷尽各种计算结果的“组合问题”。 三、研究内容与研究方案 纳米材料 三、研究内容与研究方案 模仿硅处理器,构建类似电路板的DNA平面结构,随后在平面结构上排布DNA电路元件 平面模型 逻辑器件 异或逻辑数字结构 异或分子电路 半加器分子电路 半减器分子电路 全加器分子电路 全减器分子电路 三、研究内容与
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