晶体管，用数字术语构思，有两种状态：ON和OFF，它可以表示二进制算术的1和0。
但是在模拟方面，晶体管具有无限数量的状态，这原则上可以表示无限的数学值范围。数字计算以其所有的优点，在表格上留下了大部分晶体管的信息容量。
近年来，模拟计算机被证明比数字计算机更有效地模拟生物系统。但是，现有的模拟计算机必须手工编程，这是一个复杂的过程，对于大规模模拟来说，这将是非常耗时的。
上周，在计算机械协会的编程语言设计与实现会议上，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室和达特茅斯学院的研究人员提出了一种新的模拟计算机编译器，该程序将以人类可理解的语言编写的高级指令与模拟计算机中电路连接的低级规格进行转换。
这项工作可以帮助为高效、高精度地模拟整个器官(如果不是生物体)铺平道路。
“在某种程度上，我只是厌倦了旧的数字硬件平台，”麻省理工学院电气工程和计算机科学教授马丁·里纳德(MartinRinard)说，他也是描述新编译器的论文的合著者之一。“数字硬件平台已经为当前的应用程序进行了很大的优化。我想从根本上改变现状，看看我能得到什么。”
论文的第一个作者是SaraAchour，是电气工程和计算机科学的研究生，由Rinard建议。他们被RahulSarpeshkar、ThomasE.Kurtz教授和达特茅斯的工程、物理和微生物学和免疫学教授联合使用。
萨比什卡尔曾是麻省理工学院的教授，目前是电子研究实验室的访问科学家，他长期以来一直在研究模拟电路模拟细胞的方法。Rinard说：“我碰巧在一个聚会上遇到了Rahul，他告诉我他有一个平台。”“这似乎是一个非常令人兴奋的新平台。”
研究人员“编译器”作为输入微分方程，生物学家经常使用这些方程来描述细胞动力学，并将它们转化为电压和电流流过模拟芯片。原则上，它与任何可编程模拟装置一起工作，用于其具有详细的技术规格，但在它们的实验中，研究人员使用了Sarpeskar开发的模拟芯片的规格。
研究人员在生物研究中常用的五组微分方程上测试了他们的编译器。在最简单的测试集上，只有四个等式，编译器只需不到一分钟就能产生一个模拟实现；最复杂的，有75个微分方程，需要将近一个小时。但是手工设计一个实现需要花费更长的时间。
微分方程是既包括数学函数又包括它们的导数的方程，它描述了函数的输出值变化的速率。因此，微分方程非常适合描述细胞内的化学反应，因为两种化学品的反应速率是其浓度的函数。
根据物理定律，模拟电路的电压和电流需要平衡。如果这些电压和电流编码在一组微分方程中的变量，那么改变一个就会自动改变其他的。如果方程描述了化学浓度随时间的变化，那么随时间变化输入就会得到完整的方程组解。
相反，数字电路需要将时间分割成数千甚至数百万的微小间隔，并且为它们中的每一个解完整的方程组。并且电路中的每个晶体管可以只表示两个值中的一个，而不是连续的值范围。"利用少数晶体管，细胞形模拟电路可以解决复杂的微分方程(包括噪声的影响)，这将需要数百万的数字晶体管和数百万的数字时钟周期，"Sarpeskar说。
根据电路的规格，研究人员的编译器确定了基本的计算操作；Sarpeshkar的芯片包括已经为单元模型中经常出现的微分方程类型进行优化的电路。
编译器包括一个代数引擎，它可以重新描述一个输入方程，使它更容易编译。举一个简单的例子，表达式a（Xy）和axay在代数上是等价的，但在特定的电路布局中，一个表达式可能比另一个表达式更简单。
一旦具有有希望的一组微分方程的代数重新描述，编译器就开始将方程的元素映射到电路元件上。有时，当它试图构建解决多个方程组的电路时，它将运行到SNags中，并且需要回溯并尝试替代映射。
但是在研究人员的实验中，编译器每方程花费14秒到40秒以产生可行的映射，这表明它不会被挂在无结果的假设上。
"“数字”今天几乎是“计算机”的同义词，但这确实是一种耻辱，"说AdrianSamson是康奈尔大学计算机科学助理教授。"每个人都知道模拟硬件可以非常高效，如果我们可以高效地使用它。本文是最有前途的编译器工作，我可以记住，这可以让凡人程序模拟计算机。他们所做的聪明的事情是要解决模拟计算已经被称为良好匹配(生物模拟)的问题，并构建专门用于这种情况的编译器。我希望Sara、RahuL和Martin在这个方向继续推进，以将模拟组件的未开发的效率潜力带给更多种类的计算。"