Редакция PC Magazine

PC Magazine/RE №12/2000

Будущее сулит богатые перспективы. Но далеко не все сейчас можно увидеть “невооруженным глазом”.

Однако в настоящее время исследователи могут нарисовать в воображении перспективы, открывающиеся благодаря миллиарду транзисторов, расположенных на кристалле. В прошлом идея устройства, состоящего из миллиарда дискретных транзисторов или вакуумных ламп, не могла прийти в голову даже самым отчаянным мечтателям. Более того, теперь ученые могут с достаточной степенью точности предсказать, когда появятся такие устройства. Однако гораздо важнее то, что экстраполяция современных реализаций двоичной логики в кремнии позволяет нам хотя бы концептуально представить себе их оптические, молекулярные, субатомные и даже биохимические аналоги.

Недаром оптические компьютеры были одной из заветных целей исследователей почти с момента появления полупроводниковой техники. Фотоны меньше электронов, движутся со скоростью света, а источники фотонов не нуждаются в тонких слоях металла, изоляторах и пассиваторах, необходимых электронным аналогам.

Оптические устройства выпускаются уже сегодня, но в основном для обработки сигналов и их усиления в волоконно-оптических линиях. Исследователи экспериментируют со специальным типом волны, именуемой солитоном (soliton), которая принимает в оптическом устройстве форму узкого светового импульса. Устройство меняет свое поведение под воздействием импульсов разных световых уровней. Оно может отражать тусклые импульсы, но передавать яркие, т. е. выполняет функции простого двоичного переключателя. Для настоящего оптического компьютера потребуются программируемые логические устройства - интегральные схемы, построенные из оптических транзисторов или переключателей, - наряду с хорошей долей обычных кремниевых логических схем и устройств ввода-вывода. Но поначалу оптические приборы будут использоваться, скорее всего, для построения сверхбыстродействующих шин связи между, в общем-то, обычными микросхемами.

С помощью растрового/туннельного электронного микроскопа можно разместить отдельные атомы на подложке избирательно. Прохождение единственного электрона через такую специальным образом подготовленную атомную матрицу в принципе равноценно перемещению миллионов электронов через обычные транзисторы в современных микросхемах. Таковы перспективы молекулярных компьютерных технологий. Многократно снижаются потребляемая мощность и уровень выделения тепла, как и время, необходимое для перемещения электрона в пределах одной молекулы вместо целого транзистора.

Солитоны применяются и в молекулярных вычислительных устройствах другого типа, в которых в качестве коммутирующей среды используются волокна проводящих пластмасс толщиной с атом, таких, как полиацетилен. В этом случае солитоны представляют собой группы электронов, управляемые слабыми электрическими токами в соседних волокнах пластмассы. Подобные устройства будут изготавливаться с помощью химических технологий, а не путем прямой обработки, однако с ними связаны те же проблемы организации ввода и вывода информации.

Разговор об атомных технологиях будет неполным без упоминания о квантовых методах вычислений, о которых много писали в последнее время, хотя пока ученые плохо представляют себе, как построить квантовое устройство. В данном случае все происходит на субатомном уровне, где под воздействием волновых субатомных частиц, таких, как световые и радиоволны, ядра отдельных атомов вращаются в одном из двух возможных направлений - простая двоичная логика. Перечень достоинств бесконечен; избыточность, возможности самоконтроля и коррекции ошибок квантовых компьютеров безграничны. Эти качества понадобятся им в полной мере, поскольку с уменьшением размеров устройств будет расти неустойчивость их поведения и уязвимость при любых воздействиях, начиная со статического электричества до пятен на солнце, от электромагнитных импульсов до случайных космических лучей. Кстати, ученые Массачусетского технологического института утверждают, что чашка кофе, помещенная в сильное магнитное поле, может стать основой для настольного квантового компьютера.

С помощью квантовых устройств можно будет решать такие математические задачи, как разложение на множители тысячезначных чисел. Ответ будет получен мгновенно, поскольку по таинственным законам квантовой механики, как бы вопреки закону больших чисел, исключаются все неверные решения.

Из всего сказанного в этом разделе мне кажется наиболее реализуемым оптический компьютер, и, пожалуй, еще квантовый. В компьютеры на основе химических соединений я не верю (возможно, из-за недостатка образования в этой области :). Однако успех таких разработок напрямую зависит от успеха поиска новых источников энергии. А с другой стороны, предсказать траекторию развития техники после появления мощных источников энергии вообще не представляется возможным.

И в продолжение бакалейной темы: вы сможете пройти по магазину, на ходу набирая товары. Оснащенная специальными средствами тележка для покупок подсчитает текущую сумму, а на выходе из магазина будет подведен итог и полученная сумма снята с вашего банковского счета. Автоматическое предложение товара в дополнение к списку покупок - например, на аудио/видеодисплее тележки появится предложение купить шоколадный сироп к выбранному вами мороженому - и другие применения технологии очевидны.

Кражи в магазинах уйдут в прошлое, то же можно сказать и о тайнах частной жизни. Магазин будет знать своих покупателей и их предпочтения значительно лучше, чем сейчас. Такие документы, как водительское удостоверение со встроенными интеллектуальными средствами, будут содержать персональные сведения о дорожных нарушениях, состоянии здоровья, регистрации автомобиля и страховке. Этого документа и кредитной карточки будет вполне достаточно, для того чтобы вступить в заманчивый новый сетевой мир. Анонимные покупки за наличные станут забавным воспоминанием. Сторонники свободы личности испытывают вполне обоснованное беспокойство по поводу возможных злоупотреблений. А нам всем останется только бдительно следить за применением этих технологий.

Универсальным ключом к цифровому будущему, по-видимому, станет устройство, которое придет на смену современным сотовым телефонам. Этот прибор будет всегда включен, всегда с нами и всегда готов к выполнению коммерческих операций, начиная с покупки прохладительных напитков до спекуляции акциями. Он будет наделен функциями PDA и пейджера и станет основным средством связи с Интернет. В дополнение к стандартному наручному устройству ввода-вывода будет продаваться множество карманных дисплеев, а также тонкие складываемые и сворачиваемые в узкую трубку цветные экраны. Супертелефон будет одновременно персональным радиоприемником, телевизором, музыкальным проигрывателем, черпая информацию из окружающего киберпространства, и избавит от необходимости иметь с собой носители.

Благодаря GPS (глобальная спутниковая система определения координат) и сотовой сети вы всегда будете знать свое местонахождение. К сожалению, оно будет известно не только вам. Рекламный щит за окном вашего офиса или по дороге на работу встретит вас персональным приветствием, что поначалу покажется забавным. Многие устройства смогут узнать вас и ваши предпочтения по информации, имеющейся на ваших персональных приборах и передаваемой ими.

Мы полагаем, что большинство пользователей предпочтут упомянутые выше карманные беспроводные экраны очкам, в которых текст и изображения выводятся в поле зрения их владельца. Исследователи уже подготовили модель вполне практичного устройства управления носимыми компьютерами, имеющие вид колец и ручек. Однако пока преимущество сохранится за обычными интерфейсными устройствами. По мере того как взаимодействие людей с компьютерами будет становиться все более тесным, продолжатся эксперименты с интерфейсами, снимающими барьер между человеком и машиной. Человек неизбежно будет связан с киберпространством и лучше информирован, но пока трудно предугадать, какими будут наше восприятие цифрового мира и место человека в технологическом пейзаже.

Закон Мура. Этот закон не нов, но по-прежнему заслуживает внимания. Отмеченное Гордоном Муром, основателем фирмы Intel, правило удвоения плотности транзисторных микросхем каждые полтора года в конечном итоге найдет свое место среди законов физики, но к тому времени в нашем распоряжении окажутся микросхемы с миллиардом транзисторов и почти невообразимой вычислительной мощностью. По прогнозам, корпорация Intel сохранит за собой позиции лидера, но конкуренция на этом рынке ужесточится благодаря таким компаниям, как AMD, IBM и Transmeta.

Нанотрубки (nanotubes). Придет пора выбросить учебники. Книги по материаловедению будут почти полностью переписаны, как только инженеры научатся использовать субмикроскопические углеродные трубки. Удельный вес современных соединений из углеродных волокон меньше, чем у алюминия, а их прочность почти не уступает стали. Завтрашние нанотрубные материалы будут не тяжелее картона, но значительно прочнее стали. Нанотрубные полупроводники станут основой для изготовления новых, немыслимых ныне продуктов.

Самоорганизующиеся сети. Крошечные коммуникационные устройства, которые станут вездесущими, должны будут вести сложный обмен данными друг с другом. Самоорганизующиеся сети непрерывно меняют свою структуру с целью оптимизации обмена сообщениями как с локальными, так и удаленными узлами. В настоящее время в Массачусетском технологическом институте и других научных центрах ведутся исследования для дальнейшей разработки технологий обнаружения ресурсов, PnP и виртуального физического пространства.

За рамками программирования. Языки программирования и структуры данных зачастую плохо согласуются друг с другом. В наше время трудно найти хорошие примеры языков, согласованных с их данными, кроме разве что электронных таблиц и SQL. В результате из-за непроизводительных издержек возрастает время разработки программ и число ошибок, программы становятся громоздкими и работают медленно. Универсальные языки программирования могут стать помехой для все более миниатюрных устройств узкой направленности. Проект Mockingbird фирмы IBM охватывает различные языки и распределенные компоненты, для которых интеллектуальный компилятор устанавливает соответствие между различными системами.