Những người theo chủ nghĩa tương lai thường đánh giá sức mạnh tính toán và các năng lực liên quan là những chỉ số quan trọng của tiến bộ công nghệ. Sự phát triển vượt bậc của tính toán dữ liệu sẽ có ảnh hưởng trực tiếp đến các lĩnh vực cốt lõi của xã hội như chăm sóc sức khỏe, an ninh, truyền thông, giao thông và năng lượng.
Trong Cách mạng Công nghiệp 4.0, đã xuất hiện các loại máy tính tiên tiến mới và các lợi ích cũng như tiện ích của chúng. Mục tiêu của những công nghệ mới này là gia tăng tốc độ phát triển khả năng mở rộng và nâng cao năng lực sẵn có của con người.
Lĩnh vực công nghệ thông tin đã có những tiến bộ đáng kể kể từ khi máy tính điện tử được phát triển vào những năm 1960. Trong xã hội siêu kết nối của con người, việc xử lý thông tin đã trải qua những thay đổi mang tính cách mạng. Theo nhà tương lai học - Ray Kurzweil, sức mạnh xử lý trung bình đã tăng gấp đôi cứ sau hai năm và con người sẽ có thể "mở rộng phạm vi trí thông minh của mình lên hàng tỷ lần".
Một thập kỷ trước, chúng ta không thể tưởng tượng được sự thực tế của điện toán nhận thức, nhưng những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực vật lý và công nghệ nano đã biến điều đó thành hiện thực. Dưới đây là một số ví dụ về các lĩnh vực mô hình điện toán đang thay đổi nhanh chóng:
Điện toán truyền thống hoặc cổ điển
Công nghệ điện toán truyền thống hoặc cổ điển đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển trong lĩnh vực vật liệu khoa học, sử dụng các thành phần như ống chân không, bóng bán dẫn, bộ vi xử lý và mạch tích hợp. Trong quá trình sử dụng máy tính cổ điển, tất cả các quá trình xử lý được thực hiện theo cùng một quy luật hoặc cấp điện áp cao/điện áp thấp và thông tin được lưu trữ dưới dạng bit trong bộ nhớ thiết bị, có thể là 1 hoặc 0 (hệ thống nhị phân).
Máy tính tương tự - Analog Computing
Máy tính analog có khả năng xử lý đầu vào và cung cấp đầu ra có ý nghĩa mà không cần chuyển đổi đầu vào sang bất kỳ ngôn ngữ máy tính cụ thể nào. Máy tính analog biểu thị các số bằng cách sử dụng các đại lượng dễ quan sát như điện áp hoặc góc quay thay vì mã, ngôn ngữ lập trình hoặc thuật toán. Các ví dụ phổ biến về máy tính analog hiện đang được sử dụng là nhiệt kế, đồng hồ tốc độ và vôn kế.
Siêu máy tính - Super-Computing
Khác với máy tính truyền thống, siêu máy tính thường được trang bị nhiều CPU (đơn vị xử lý trung tâm) và các mạch để giải mã hướng dẫn từ chương trình, thực hiện các phép toán logic và toán học theo đúng thứ tự. Siêu máy tính còn khác với máy tính lớn ở khả năng lưu trữ dữ liệu lớn và khả năng tính toán mạnh mẽ.
Các siêu máy tính và công nghệ tính toán hiệu năng cao đại diện cho các công cụ và cơ chế giải quyết các vấn đề phức tạp với tốc độ nhanh hơn. Siêu máy tính Frontier tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge vẫn là máy tính nhanh nhất trên thế giới và có khả năng tính toán với tốc độ 1,102 triệu phép tính mỗi giây.
Điện toán đám mây - Cloud Computing
Việc chuyển động và lưu trữ dữ liệu cũng như ứng dụng từ các máy chủ ở xa thông qua Internet được gọi là điện toán đám mây. Điện toán đám mây mang lại sự linh hoạt về chi phí, tính di động và tăng năng suất cho người dùng doanh nghiệp. Hoạt động và thương mại phụ thuộc vào khả năng lưu trữ, ưu tiên, phân tích, phân phối và mở rộng quy mô dữ liệu đó một cách an toàn. Dữ liệu kinh doanh ngày càng được chuyển sang đám mây và đám mây. Theo dự báo của các chuyên gia, trong vài năm tới, hầu hết các nhiệm vụ xử lý dữ liệu sẽ được thực hiện trong đám mây.
Ảnh minh họa.
Để đáp ứng nhu cầu lưu trữ và phân tích ngày càng tăng, khu vực công và tư nhân đang xây dựng các trung tâm dữ liệu lớn hơn và tổng hợp dữ liệu đám mây.
Sử dụng đám mây giúp cải thiện khả năng bảo mật và kiểm soát an ninh mạng. Một trong những lợi ích quan trọng của việc sử dụng đám mây là khả năng xác định nơi lưu trữ dữ liệu và người chịu trách nhiệm bảo mật dữ liệu.
Điện toán biên:
Điện toán biên là kết quả của sự phát triển của xã hội thông qua công nghệ cảm biến, nơi mọi vật và mọi người đều được kết nối với nhau thông qua mạng Internet, thường được gọi là Internet of Things. Điện toán biên tập trung vào việc tính toán và phân tích dữ liệu gần với nguồn dữ liệu.
Công nghệ điện toán biên đang thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang hạ tầng biên dựa trên dữ liệu và được sử dụng để tối đa hóa tốc độ xử lý và giảm yêu cầu băng thông. Hoạt động và thương mại hiện nay phụ thuộc vào khả năng lưu trữ, ưu tiên, phân tích, trao đổi và mở rộng quy mô dữ liệu của các thiết bị một cách an toàn. Nhằm giảm độ trễ, công nghệ điện toán biên nhằm di chuyển các hoạt động, lưu trữ dữ liệu và xử lý thời gian thực gần hơn đến các thiết bị, thay vì phụ thuộc vào vị trí trung tâm.
Máy tính sương mù - Fog Computing
Cơ sở hạ tầng máy tính phi tập trung được biết đến với các thuật ngữ điện toán sương mù, mạng sương mù hoặc đơn giản là "làm mờ". Dữ liệu, tính toán, lưu trữ và ứng dụng được đặt ở vị trí phù hợp và hiệu quả nhất khi điện toán đám mây (trung tâm dữ liệu) được mở rộng đến rìa mạng. Thường được gọi là "ngoài sương mù", vị trí này nằm giữa đám mây và nguồn dữ liệu.
Tính toán lượng tử - Quantum Computing
Với công nghệ điện toán lượng tử, nền văn minh hiện đang đứng trước cánh cửa mới. Điện toán lượng tử hoạt động bằng cách tận dụng các đặc tính đặc biệt của nguyên tử và hạt hạ nguyên tử. Để nói một cách đơn giản, máy tính lượng tử sử dụng các bit lượng tử, hay còn gọi là qubit, để truyền thông tin số học thay vì các bit nhị phân thông thường với số 1 và số 0. Tính toán lượng tử thực hiện điều này bằng cách xử lý dữ liệu đầu vào bằng cách sử dụng các đặc điểm độc đáo của các hạt hạ nguyên tử. Nguyên tử được sử dụng trong công nghệ điện toán lượng tử vì chúng có thể tồn tại đồng thời ở cả trạng thái 0 và 1.
Ảnh minh họa.
Công nghệ điện toán lượng tử có thể đạt được tốc độ xử lý và phân tích dự đoán chưa từng có, cho phép giải quyết các vấn đề. Công nghệ lượng tử sẽ thay đổi nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ như phân tích thời gian thực và an ninh mạng. Các nhà vật lý đang thiết kế máy tính lượng tử, có khả năng hoạt động tốt hơn máy tính thông thường và tính toán với tốc độ đáng kinh ngạc, có thể tạo ra một loại phân tích và mật mã hoàn toàn mới. Hơn nữa, vì điện toán lượng tử là không xác định, nó có thể được sử dụng để đồng thời khám phá một số lượng lớn các giải pháp khả thi.
Máy tính sinh học - Biological Computing
Lĩnh vực tiên tiến của điện toán sinh học liên quan đến việc sử dụng các sản phẩm sinh học để thực hiện các nhiệm vụ, thường đòi hỏi việc sử dụng các vật liệu như sợi thủy tinh và dây đồng. Trong các nghiên cứu này, DNA và axit amin thường được sử dụng làm yếu tố sinh học. Điện toán sinh học sẽ xử lý thông tin bằng cách sử dụng tế bào (tổng hợp protein) cũng như DNA, protein và RNA để tạo ra các tế bào mới. Những vật liệu này có thể được sử dụng để điều khiển các phản ứng hóa học tự nhiên để thực hiện tính toán.
Ảnh minh họa.
Máy tính sinh học có khả năng lưu trữ thông tin về DNA của các tế bào sống trong tương lai. Bằng cách áp dụng công nghệ này, máy tính sinh học có thể lưu trữ một lượng dữ liệu không giới hạn và thực hiện các phép tính phức tạp mà hiện tại không thể thực hiện được.
Máy tính quang học và quang tử, còn được gọi là máy tính quang và máy tính phôtôn, là các công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực tính toán.
Các xung ánh sáng quang học được sử dụng trong tính toán quang tử thay vì bóng bán dẫn sẽ tạo ra các cổng logic để tính toán máy tính. Để đáp ứng yêu cầu xử lý và truyền dữ liệu của máy tính thế hệ tiếp theo, các nhà nghiên cứu tại Đại học Aalto đã phát triển các cổng logic quang học dựa trên ánh sáng. Tốc độ xử lý cực nhanh của các cổng logic chirality quang học mới gần như tuyệt vời. Chúng nhanh hơn hàng triệu lần so với các công nghệ hiện tại.
Tính toán hóa học - Chemical computing
Điện toán hóa học là một phương pháp tính toán không thông thường được sử dụng bổ sung. Trong tự nhiên, các hệ thống hóa học có thể hoạt động như các cổng logic để thực hiện các phép tính.
Tính toán không gian - Spatial Computing
Công nghệ không gian đa phương tiện cho phép sự kết hợp mượt mà giữa thế giới ảo và thế giới vật lý, tạo điều kiện cho người dùng tương tác với máy tính một cách tự nhiên và trực quan hơn. Tai nghe thực tế ảo, thực tế tăng cường và thực tế hỗn hợp đã mang đến trải nghiệm này. Những thiết bị này không chỉ hiển thị thế giới thực mà còn kết hợp các vật thể thực vào hình ảnh để tạo ra không gian ba chiều. Giao diện của hệ thống được tích hợp vào môi trường, tạo ra sự kết nối hoàn hảo. Với sự tương tác tự nhiên hơn giữa người dùng và máy tính, công nghệ không gian đa phương tiện mang đến trải nghiệm người dùng hấp dẫn hơn.
Giao diện người-máy tính, hay còn gọi là HCI (Human-Computer Interface) là phần mềm hoặc phần cứng mà cho phép người dùng tương tác với máy tính. Giao diện người-máy tính đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp một cách thức dễ sử dụng và hiệu quả để người dùng có thể tương tác với máy tính.
Một lĩnh vực tiến bộ đầy triển vọng hấp dẫn trong trí tuệ nhân tạo (AI) là sự tương tác giữa con người và máy tính, có khả năng nâng cao khả năng nhận thức và trí nhớ của con người. Khoa học giao diện não/máy tính đã có sự phát triển đáng kinh ngạc. Bản đồ não và chip thần kinh chính là ví dụ điển hình cho công nghệ này. Công nghệ mới sử dụng các cảm biến cấy ghép có khả năng thu tín hiệu điện não và sử dụng chúng để cấp nguồn cho các thiết bị bên ngoài là yếu tố tạo nên giao diện não-máy tính.
Ảnh minh họa.
Ngay cả có chứng cứ cho rằng, khả năng giải mã suy nghĩ của giao diện não-máy tính là có thể. Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Stanford đã thực hiện thử nghiệm một giao diện não-máy tính (BCI) mới, có thể diễn dịch lời nói với tốc độ lên đến 62 từ mỗi phút - tăng gấp 3,4 lần so với kỷ lục trước đó. Các nhà nghiên cứu đã báo cáo rằng người dùng có thể truyền đạt 62 từ mỗi phút thông qua giao diện não-máy tính mới này (futurism.com).
Cải tiến máy tính bằng việc tích hợp các yếu tố của trí tuệ nhân tạo vào
Các hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) đang nhằm đến mục tiêu vượt qua tốc độ và hạn chế của con người bằng cách mô phỏng các đặc điểm và khả năng tính toán của con người trong máy tính. Máy tính hỗ trợ trí tuệ nhân tạo (AI) chủ yếu được áp dụng cho các tác vụ tự động hóa bao gồm: nhận dạng giọng nói, học tập, lập kế hoạch và giải quyết vấn đề. Thông qua việc ưu tiên và hành động dựa trên dữ liệu, công nghệ AI có thể giúp quyết định hiệu quả hơn, đặc biệt là trong các mạng lưới lớn với nhiều người dùng và yếu tố.
Các mô hình điện toán sẽ trải qua sự thay đổi vượt bậc khi trí tuệ nhân tạo được kết hợp với điện toán cổ điển, sinh học, hóa học và lượng tử. Trí tuệ nhân tạo có thể hướng dẫn và tăng cường việc tính toán lượng tử, hoạt động trong môi trường 5G hoặc 6G, tạo điều kiện thuận lợi cho Internet of Things và thúc đẩy sự phát triển trong lĩnh vực vật liệu khoa học, công nghệ sinh học, gen và siêu vũ trụ.
Ảnh minh họa.
Máy tính có khả năng thực hiện hơn 1 triệu tỷ phép tính/giây sẽ được ra mắt trong vòng 10 năm tới. Con người có thể sử dụng các giải pháp phần mềm điện toán thông minh để tự động hóa công việc tri thức. Các công nghệ trí tuệ nhân tạo sẽ giúp cải thiện hiệu suất nhận thức trên tất cả các lĩnh vực trong tương lai.
Công nghệ điện toán tiên tiến có thể mở ra một tương lai thú vị và kỳ diệu, bao gồm: khả năng máy tính giao tiếp thông qua sóng ánh sáng, hoạt động như giao diện giữa người và máy, tự lắp ráp và tự học dựa trên trí tuệ nhân tạo. Có một ngày nào đó, máy tính có thể sở hữu trí tuệ như con người.
Các công nghệ điện toán tiên tiến mới nổi có thể mang lại những lợi ích đáng kể, tuy nhiên cũng có những rủi ro nếu các công ty và nhà đầu tư chưa sẵn sàng áp dụng chúng.
