Calculateurs stochastiques


Calculateurs stochastiques

Calculateur stochastique

Un calculateur stochastique est un concept déjà ancien (pour la jeune histoire de l'informatique) et contemporain de recherches et applications développées à la toute fin de la décennie 1950 et jusqu'au milieu de la décennie 1970.

Leur définition dans le GDEL[1] est : « Calculateur dans lequel l'information est codée par une probabilité »

Sommaire

Le problème

Calcul numérique

Jusque vers le milieu des années 1970, les ordinateurs étaient coûteux et il n'était pas question d'en associer un à chaque processus industriel qu'on devait surveiller ou commander. Il fallait donc recourir

  • soit à des techniques de temps réel permettant le partage des machines - lentes à l'époque - moyennant une programmation délicate et onéreuse (le temps réel ne doit pas être confondu avec le temps partagé, où chaque processus se fait allouer tour à tour une tranche de temps),
  • soit à des automates industriels de prix moins élevé, mais manquant de souplesse : peu ou pas de calcul possible, commandes principalement par « tout ou rien » en entrée de gamme.

Calcul analogique

Une autre approche, celle des calculateurs analogiques, possédait deux inconvénients : le coût de réalisation des circuits de multiplication et leur lenteur. La technique du calcul hybride consistant à associer un calculateur analogique à un calculateur numérique ne connut pas de réel succès.

Automates industriels

Les automates industriels constitués d'une simple mémoire (voir article) offraient une solution séduisante, mais limitée à des contrôles ou commandes de type "tout ou rien", donc manquant de souplesse pour la régulation de procédés demandant une surveillance et/ou une commande fines.

Une voie nouvelle

Au début des années 1960 des chercheurs de la compagnie Alsthom eurent l'idée de représenter une grandeur entre 0 et 1 par une probabilité de présence d'un 1 sur une ligne. Une multiplication ne demandait alors plus qu'un simple et logique (circuit très bon marché à produire) à une très bonne vitesse : l'estimation à 1% de la probabilité ne demandait que 10ms avec une fréquence de 10 000 Hz. Encore fallait-il pour cela que les entrées soient décorrélées, ce qui se réalisait par un petit dispositif additionnel à base d'un générateur aléatoire et d'un circuit ou exclusif (XOR).

Techniques de calcul stochastique

L'addition stochastique était un peu plus complexe, car une probabilité reste par définition comprise entre 0 et 1 tous deux inclus. Un système à trois portes logiques permettait à partir de p1 et p2 sur deux entrées d'obtenir en sortie (p1+p2)/2. Il revenait donc à l'utilisateur de se rappeler que la valeur était sur cette ligne à l'échelle 1/2, et d'effectuer la recalibration de ses résultats en sortie.

Démarrage et déclin

Les calculateurs stochastiques, bon marché, fiables et faciles à produire en grande quantité, furent considérés dans les années 1970 comme des substituts prometteurs aux circuits fluidiques utilisés dans le monde militaire et industriel. Toutefois la production à des prix de plus en plus faibles de microprocesseurs fit perdre de l'intérêt à ces systèmes. Leur théorie garde néanmoins un attrait ludique aujourd'hui, et il est possible de fabriquer à peu de frais (ou d'émuler sur ordinateur) des calculateurs stochastiques. Leur excellente fiabilité et leur temps de réaction rapide pourraient les rendre à nouveau utiles un jour dans les processus industriels ou les applications militaires - si ce n'est déjà fait.

Notes et références

  1. Grand Dictionnaire Encyclopédique Larousse


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