Ordinateur hybride

Les ordinateurs hybrides sont des ordinateurs qui présentent des caractéristiques d' ordinateurs analogiques et d'ordinateurs numériques . Le composant numérique sert normalement de contrôleur et fournit des opérations logiques et numériques , tandis que le composant analogique sert souvent de solutionneur d' équations différentielles et d'autres problèmes mathématiques complexes.

Le premier système informatique hybride de bureau fut le Hycomp 250, commercialisé par Packard Bell en 1961. Un autre exemple précoce fut le HYDAC 2400, un ordinateur hybride intégré commercialisé par EAI en 1963. Dans les années 1980, Marconi Space and Defense Systems Limited (sous Peggy Hodges ) développa son « Starglow Hybrid Computer », qui se composait de trois ordinateurs analogiques EAI 8812 reliés à un ordinateur numérique EAI 8100, ce dernier étant également relié à un ordinateur numérique SEL 3200. À la fin du 20e siècle, les hybrides ont diminué avec les capacités croissantes des ordinateurs numériques, y compris les processeurs de signaux numériques .

En général, les ordinateurs analogiques sont extraordinairement rapides, car ils sont capables de résoudre la plupart des équations mathématiques complexes à la vitesse à laquelle un signal traverse le circuit, ce qui représente généralement une fraction appréciable de la vitesse de la lumière. En revanche, la précision des ordinateurs analogiques n'est pas bonne ; elle est limitée à trois, ou au plus, à quatre chiffres.

Les ordinateurs numériques peuvent être conçus pour résoudre des équations avec une précision presque illimitée, mais beaucoup plus lentement que les ordinateurs analogiques. En général, les équations mathématiques complexes sont approximées à l'aide de méthodes itératives qui nécessitent un nombre considérable d'itérations, en fonction de la précision de la "suggestion" initiale de la valeur finale et du degré de précision souhaité. (Cette estimation initiale est connue sous le nom de "graine numérique".) Pour de nombreuses opérations en temps réel au XXe siècle, ces calculs numériques étaient trop lents pour être d'une grande utilité (par exemple, pour les radars à réseau phasé à très haute fréquence ou pour les calculs météorologiques), mais la précision d'un ordinateur analogique est insuffisante.

Les ordinateurs hybrides peuvent être utilisés pour obtenir une valeur de « semence » très bonne mais relativement imprécise , en utilisant un frontal d'ordinateur analogique, qui est ensuite introduit dans un processus itératif d'ordinateur numérique pour atteindre le degré final de précision souhaité. Avec une graine numérique à trois ou quatre chiffres, très précise, le temps de calcul numérique total pour atteindre la précision souhaitée est considérablement réduit, car beaucoup moins d'itérations sont nécessaires. L'un des principaux problèmes techniques à résoudre dans les ordinateurs hybrides est la minimisation du bruit numérique-ordinateur dans les éléments de calcul analogiques et les systèmes de mise à la terre.

Le système nerveux des animaux est une sorte d'ordinateur hybride. Les signaux passent d'une cellule nerveuse à l'autre par les synapses sous forme de paquets discrets (numériques) de substances chimiques, qui sont ensuite additionnés dans la cellule nerveuse de manière analogique en créant un potentiel électrochimique jusqu'à ce que son seuil soit atteint, après quoi il se décharge et envoie une série de paquets numériques à la cellule nerveuse suivante. Les avantages sont au moins triples : le bruit au sein du système est minimisé (et a tendance à ne pas être additif), aucun système de mise à la terre commun n'est requis et la dégradation du signal est minimale même s'il existe des différences substantielles dans l'activité des cellules le long d'un trajet (seuls les retards du signal ont tendance à varier). Les cellules nerveuses individuelles sont analogues à des ordinateurs analogiques ; les synapses sont analogues à des ordinateurs numériques.

Les ordinateurs hybrides se distinguent des systèmes hybrides . Ces derniers peuvent n'être rien de plus qu'un ordinateur numérique équipé d'un convertisseur analogique-numérique à l'entrée et/ou d'un convertisseur numérique-analogique à la sortie, pour convertir les signaux analogiques en vue d'un traitement de signal numérique ordinaire, et inversement , par exemple, pour piloter des systèmes de contrôle physique, tels que des servomécanismes .

En 2015, des chercheurs de l'Université de Columbia ont publié un article sur un ordinateur hybride à petite échelle en technologie CMOS 65 nm. Cet ordinateur hybride VLSI d'ordre 4 contient 4 blocs intégrateurs, 8 blocs multiplicateurs/réglage de gain, 8 blocs fanout pour la distribution des signaux en mode courant, 2 blocs ADC, 2 blocs DAC et 2 blocs SRAM. Des contrôleurs numériques sont également implémentés sur la puce pour exécuter les instructions externes. Une expérience robotique présentée dans l'article démontre l'utilisation de la puce informatique hybride dans les applications embarquées à faible consommation d'énergie émergentes d'aujourd'hui.