n/ a Credit: NIST从叶脉的分支模式到传播冠状病毒的各种互连路径，大自然在网络上茁壮成长——网络是连接复杂系统不同组成部分的网格。网络是现实问题的基础，例如确定卡车运输公司运送救命药物的最有效路线，以及计算将一种基因转化为另一种基因所需的最小突变数。国家标准和技术研究所(NIST)的研究人员没有依靠软件来解决这些计算密集型难题，而是采取了一种非常规的方法。他们创造了一种电子硬件系统的设计，直接复制了许多类型网络的架构。
研究人员证明，他们提出的硬件系统，使用一种被称为竞赛逻辑的计算技术，可以快速解决各种复杂的难题，并且消耗最少的能量。与竞争的通用计算机相比，竞争逻辑需要更少的功率，并且更快地解决网络问题。
这些科学家包括NIST的Advait马德哈万和马里兰大学的Park学院，以及NIST的Matthew Daniels和Mark Stiles，他们在ACM期刊第17卷第3期(2021年5月)中描述了他们在计算系统新兴技术方面的工作。
竞赛逻辑的一个关键特征是它对信息的编码不同于标准计算机。数字信息通常使用计算机位的值进行编码和处理——如果逻辑语句为真，则为“1”，如果为假，则为“0”。当一个位翻转它的值，比如从0到1，它意味着已经执行了一个特定的逻辑操作来解决一个数学问题。
Credit: NIST相比之下，race逻辑通过将信息表示为时间信号来编码和处理信息——特定计算机位组从0转换或翻转到1的时间。大量的位翻转是标准计算机中大量功耗的主要原因。在这方面，竞争逻辑提供了一个优势，因为按时间编码的信号只涉及几个精心编排的位翻转来处理信息，比编码为0或1的信号需要更少的功率。
然后，通过相对于其他时间信号延迟一些时间信号来执行计算，这是由所研究的系统的物理特性决定的。例如，考虑一群卡车司机，他们从A点出发，必须尽快将药物运送到E点。不同的可能路线会经过三个十字路口——称之为B、C和d。为了确定最有效的路线，比赛逻辑电路会评估行程中每个可能的路段，例如A-B和A-D。如果A-B比A-D花更多的时间旅行，无论是因为路径更长还是交通流量更大，A-B都会被分配更长的延迟时间。在团队的设计中，较长的时间延迟是通过向较慢的部分添加额外的阻力来实现的。
比赛逻辑确实涉及到一场比赛，但在这场比赛中，所有的卡车司机最初都是朝着不同的方向行驶。为了确定哪条路线到达最终目的地最快，他们会在所有可能的路线上通过不同的中间交付点。在新的电路中，NIST的研究人员在起点插入了一组时间编码信号，每一个信号都充当不同的驱动器，在团队的模拟硬件电路中加速。
每当车手到达比赛中的一个中间目的地时，模型系统就会发出新的车手(新的时间信号)，这些车手以不同的方向向其余的目的地散开。如果一个司机到达了另一个司机已经去过的目的地，这个司机就会退出，因为她的道路不再有竞争力。比赛的获胜者——第一个到达赛道终点的车手——指出了硬件编程要解决的特殊难题的解决方案。
Credit:2016年，NIST·马德哈万还是加州大学圣巴巴拉分校的研究生时，就开始了在种族逻辑电路方面的开创性工作。第一批系统使用专门的电路和硅芯片来模拟特定的网络，如脱氧核糖核酸操作，因此只能解决有限数量的网络相关问题。
在NIST，马德哈万和他的同事已经开始研究更先进的竞赛逻辑电路。马德哈万、丹尼尔斯和斯泰尔斯进行的模拟表明，他们的设计尚未被纳入工作设备，可以处理更广泛的网络类别，使种族逻辑能够解决更广泛的计算难题。这些难题包括找到两种蛋白质或两串核苷酸(构成脱氧核糖核酸构件的分子)之间的最佳排列，以及确定网络中两个目的地之间的最短路径。
斯蒂尔斯说:“我们展示了如何使用内存来创建一个更通用的时态计算机，这在以前的种族逻辑实现中没有使用过。“集成内存将使我们能够用我们计划制造的下一个race逻辑芯片来处理一大类问题，”他补充道。
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