L'évolution de l'informatique

En 1958, Chaim Pekeris a achevé un projet historique en informatique. En tant que physicien à l'Institut de technologie Weizmann en Israël, il est devenu fasciné par la science relativement nouvelle de la mécanique quantique et son potentiel à expliquer à partir de principes premiers le comportement des atomes.

Il y avait un problème cependant. L'équation développée par Schrödinger qui pouvait faire le travail était trop complexe à gérer pour de simples mortels. L'utiliser pour déterminer les niveaux d'énergie électronique d'un atome d'hélium, même modeste, était apparemment impossible.

Chaim a cependant eu une idée : pourquoi ne pas exploiter le domaine naissant de l'informatique pour faire le travail.

Aujourd'hui, Christoph Koutschan et Doron Zeilberger analysent le travail qu'il a mené pendant plusieurs années et le comparent à l'approche qu'ils auraient aujourd'hui du problème. Cela donne une lecture intéressante.

La tâche de Chaim était monumentale. Il a d'abord dû persuader l'Institut Wiezmann et un comité technique comprenant Einstein et Von Neumann, de construire un ordinateur. Einstein s'est avéré difficile à persuader mais a finalement été conquis par Von Neumann.

WEIZAC, le premier ordinateur électronique d'Israël a été construit entre 1954 et 1954. Selon Wikipedia, WEIZAC était un ordinateur asynchrone fonctionnant sur des mots de 40 bits. Les instructions se composaient de 20 bits : un code d'instruction de 8 bits et 12 bits pour l'adressage. Pour mémoire, il avait un tambour magnétique pouvant stocker 1 024 mots.

Aujourd'hui, vous obtiendriez plus de puissance de traitement d'une machine à laver.

Avant que l'ordinateur ne puisse intervenir, Pekeris a dû trouver comment décrire les deux atomes et le noyau d'un atome d'hélium en utilisant le type d'équations aux dérivées partielles récurrentes qu'un ordinateur pouvait gérer. Le résultat a été une équation remarquable à 33 termes qu'il a dérivée à la main, un seul calcul que Koutschan et Zeilberger estiment avoir pris 20 heures-personnes.

L'ordinateur a dû être programmé en code machine. Cela signifie l'écrire entièrement en 0 et 1, pour lequel il a recruté l'aide d'un premier programmeur autodidacte appelé Yigal Accad.

Ce programme a ensuite occupé WEIZAC pendant des mois, produisant finalement un ensemble de tableaux décrivant les niveaux d'énergie d'un atome d'hélium, la première fois que cela avait été fait avec précision.

Alors, comment la loi de Moore a-t-elle affecté ce processus, demandez à Koutschan et Zeilberger.

Ils ont répété le projet de Pekeris en utilisant les outils informatiques modernes pour voir comment ils se comparent.

Ils disent que le calcul numérique – le travail effectué par WEIZAC – peut être effectué en une fraction de seconde sur n'importe quel ordinateur portable.

Ils soulignent également que la programmation est également beaucoup plus facile, grâce aux nombreux langages de programmation de haut niveau disponibles aujourd'hui. Heureusement, peu de gens doivent jouer avec le code machine de nos jours.

Mais peut-être la chose la plus surprenante est que l'algèbre pour travailler sur les équations différentielles peut aussi être faite beaucoup plus rapidement aujourd'hui en utilisant des programmes de calcul formel tels que Mathematica et Maple.

Koutschan et Zeilberger disent qu'ils ont pu condenser cette partie du projet, qui a pris à Pekeris au moins 20 heures, en une session de 2 heures.

C'est une étude fascinante et contre-intuitive à certains égards aussi. Bien qu'il soit facile de voir les nombreux ordres de grandeur d'amélioration qui ont permis d'améliorer le matériel, il ressort clairement de ce travail que l'accélération du logiciel est plus limitée.

En particulier, une amélioration d'un ordre de grandeur - de 20 heures à 2 heures - dans le temps nécessaire pour faire l'algèbre pour ce problème est une amélioration étonnamment faible sur une période de 50 ans.

Mais étant donné la nature du problème, il est difficile d'imaginer comment d'autres améliorations de l'ordre de grandeur peuvent être possibles. Quel type de logiciel de calcul formel pourrait permettre à un humain de le programmer pour calculer ce genre d'équations différentielles en quelques minutes ou secondes.

Bien sûr, le facteur limitant ici n'est pas le logiciel mais le « wetware ». Ce qui signifie que la prochaine génération d'améliorations devra soit se concentrer sur l'amélioration du logiciel ou le retirer complètement de la boucle.

Réf : arxiv.org/abs/1006.0200 : La collaboration révolutionnaire Pekeris-Accad-WEIZAC de 1958 qui a calculé les états fondamentaux des atomes à deux électrons (et son Redux 2010).

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