ИСТИНА

С увеличением производительности микропроцессоров за последние годы произошло и увеличение их энергопотребления (в тысячи раз): некоторые схемы рассеивают более 100 Вт тепла и требуют вентиляторов, теплоотводов и даже жидкостных систем охлаждения. Согласно анализу ITRS-2001, при переходе к 22-нм технологии интенсивность выделение тепла процессором составит 5-10 млн Вт/кв.см, даже при использовании самых современных материалов. При таких объёмах тепловыделения традиционные методы отвода тепла становятся малоэффективными. Выходом в данной ситуации может послужить переход к вычислительным устройствам, реализующим обратимые вычисления. На сегодняшний день обратимые вычисления являются важнейшим направлением теоретических исследований не только в силу указанной причины, но и потому, что в рамках данного направления можно решать фундаментальные вопросы об организации компьютерных вычислений. Здесь имеется в виду исследование базового понятия однонаправленности, лежащего в основе всей современной криптографии. Проект предполагает создать фундамент для глубоких исследований данных вопросов.

With the increase in microprocessor performance in recent years has occurred and an increase in their energy consumption (thousands of times): some circuits dissipate more than 100 watts of heat and require fans, heat sinks, and even liquid cooling systems. According to the analysis ITRS-2001, the transition to 22-nm technology intensity of heat generation processor will be 5-10 million watts / cm², even using the most modern materials. With such volumes of the traditional methods of heat dissipation of heat are ineffective. The solution in this situation can serve as a transition to a computing device that implements reversible computing. Today reversible computing is the most important area of ​​theoretical research not only because of this reason, but also because in the framework of this direction can solve fundamental questions about the organization of computing. This refers to the study of the basic concepts of one-pointedness, which is the basis of all modern cryptography. The project plans to create a foundation for in-depth studies of these issues.

В результате изучения свойств схем из обратимых логических элементов предполагается получение новых подходов к синтезу схем из обратимых логических элементов. Данные предварительных исследований и научного задела коллектива позволяют с достаточной уверенностью предполагать выполнение данного пункта плана. Следующим научным результатом первого года работы над проектом будут теоретические исследования однонаправленных логических схем и систематизация таких схем, а также проработка вопросов их реализации, в результате чего будет заложена основа для дальнейших исследований по теме проекта. Далее, на основе разработанных подходов будут созданы методы и алгоритмы синтеза схем из обратимых логических элементов с их предварительной программной реализацией и апробацией. Все полученные результаты будут оригинальными и изложены в статьях и докладах на научных конференциях.

1. Проведены предварительные исследования обратимых схем, реализующих заданное булево отображение с использованием и без использования дополнительной памяти (дополнительных входов). Доказаны некоторые теоретические результаты, связанные с их свойствами. 2. Исследованы различные существующие алгоритмы синтеза обратимых схем: переборные алгоритмы (непереборные быстрые алгоритмы и алгоритмы снижения сложности обратимой схемы). 3. Исследованы различные способы снижения сложности обратимых схем. Доказаны необходимое и достаточное условие коммутируемости двух обратимых логических элементов и предложены различные эквивалентные замены композиций обратимых логических элементов с доказательством корректности таких замен при помощи операций на множествах. Также рассмотрены вопросы асимптотической сложности и глубины обратимых схем. 4. Теоретически рассмотрено применение обратимых схем для решения задачи схемной реализации некоторых вычислительно асимметричных преобразований. 5. Предложен метод синтеза схем, основанный на разложение Э. Гильберта.

1. Разработан новый алгоритм синтеза обратимых схем, , имеющий асимптотически оптимальную сложность и позволяющий (в некоторых случаях) получать обратимые схемы с лучшими характеристиками. 2. Предложены новые подходы к синтезу схем, использующие спектры Рида-Маллера и разложение Гильберта. 3. Получены оценки сложности обратимых схем некоторых специальных типов. 4. Разработан инкрементальный метод оптимизации 2-го порядка. 5. Разработаны модели данных для представления функций алгебры логики и схем логических элементов.