3
現今，數字計算機和數字技術已經遍布我們生產生活的各個角落，可是你是不是想過模擬電路技術也能創造一臺計算機呢？現在，麻省理工就有。
長期以來，隨著采樣頻率和數模轉換技術的不斷革新，用數字電路來表達和處理真實世界已經是大勢所趨，因為它遠比模擬電路方便和快捷?，F如今我們生活中的各種數字電視、數字信號和數字接口，都是例證。另一方面，現在各行各業也都逐漸形成了一套先進的數字仿真技術，可以在很大程度上模擬現實世界，似乎不需要模擬信號系統的存在。
可是這里有一個問題，即我們人體能感知的卻只有模擬世界。雖然可以借助數字電路進行快速運算和處理，但是輸出的信號，最終呈現給人類的結果，卻必須是模擬的。
就好像最簡單不過的脈搏跳動，放在計算機里可能被表達成簡單的1和0，可是這么簡單的生物電位變化，傳輸到人類大腦里卻遠遠不是1和0那么簡單，它同時還包含著豐富的諧波震動。
正是出于以上原因，雖然在數字計算機發展日新月異的今天，依然少不了模擬電路的存在。
然而，現實是殘酷的。不像數字電路的可編程，即設計者可以根據特定的與、或、非門電路搭配，固化輸入和輸出之間的邏輯關系，這一點完全由設計者把握。在模擬電路中，雖然輸入和輸出之間也存在一個特定的公式關系，但是設計者卻不能根據電路的功能邏輯靈活調整該公式，這個公式是由基爾霍夫定律、戴維南定理等電路定律決定的。因此，這一點大大限制了模擬電路的靈活性，以及整個系統的邏輯表達。在從前，想要在模擬電路中實現可編程，即制造出一臺模擬電路的計算機，這一功能幾乎是不可能的。
現在，有一款來自麻省理工學院的全新編譯器，使得針對模擬電路的編程和應用成為可能。
在生物信息學領域，利用數字電路系統來搭建細胞生物學模型一直是一件非常痛苦也并不精確的事。因為對于一個細胞生物模型來說，有各種各樣相互依賴的系統參數，比如化學試劑的濃度、pH值（酸堿度）和溫度等，在這種情況下，要利用原本只能表征1和0兩種狀態的數字系統，就意味著必須要引入多數位進制，也勢必會丟失一定的精度，增加系統的復雜性。這是一個兩難：二進制數位越多，則可以把模擬信號表達得越精細，可是系統的復雜度也越高。比較而言，模擬系統似乎更適合這一領域，因為模擬信號是連續線性變化的，它本來就具備無限多個狀態值。
麻省理工人工智能實驗室的畢業生Sara Achour，跟她的導師Martin Rinard教授，以及英國達特茅斯學院的好友Rahul Sarpeshkar一起，他們三人共同開發了一款名為Arco的編譯器，或許能改變這一現狀。他們稱這款編譯器能夠將人類可讀可寫的數字代碼，編譯成模擬電路可識別可接受的電路配置。
Sarpeshkar在一篇麻省理工學院的新聞通稿中表示：“只需要很少數量的晶體管，就能搭建出一個能夠解決復雜的微積分問題的細胞形態學模擬分析電路，并且還是在有電路干擾噪聲的情況下。而要實現相同的功能，一個數字電路可能需要一片由成千上萬個晶體管組成的集成芯片，以及若干個晶振?！?/p>
Arco編譯器可以根據科學家們輸入的微積分方程表達式，給出一個能輸出正確結果的模擬信號電路圖，這一過程大約需要14到40秒，顯然要比人工計算的速度快多了。并且，這還不僅僅是速度方面的提升，隨著微積分方程的越來越復雜，編譯器也可以給出越來越復雜的模擬電路組成，隨著復雜度的提升，最后已經超出了人工可以設計出的電路規模。
除非在一家生物信息學實驗室工作，所以即使再過若干年，我們也沒有機會親眼看到一個傳輸模擬信號的計算機，但是由這種技術構建的細胞生物學模型以及它對未來醫學的研究貢獻，有一天可能會深刻地影響我們的日常生活。
來源：techcrunch
雷峰網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。
