Современные разработки компьютерной техники

Новое в компьютерных технологиях

Писатели-фантасты предвидели, что когда-то в мире появится множество уникальных технических приспособлений, способных подарить человеку новые возможности, ощущения, эмоции. Например, Рэй Брэдбери предсказал изобретение «ракушек», которые стали прототипами современных наушников, а Жюль Верн успешно описал не существовавшие в его время телевидение и видеосвязь. Вот только кое-что осталось за пределами прогнозов авторов – это то, что возникает в стремительно развивающихся компьютерных технологиях сегодня.

Провода – в прошлом

Новые компьютерные технологии, которые человечество сможет увидеть уже в ближайшем будущем, больше не будут зависеть от шнуров и кабелей, пусть даже самых тонких и едва заметных. Над достижением подобного результата трудятся сотрудники кембриджского Центра микрофотоники при Массачусетском технологическом институте. В настоящий момент именно провода являются элементами, соединяющими важные звенья и части любых процессоров. Однако ученые предполагают, что им удастся заменить их импульсами германиевых лазеров, которые окажутся способны передавать информацию в битах и байтах в 100 раз быстрее, чем традиционные фидеры с перемещаемыми по ним электронами.

В основе этой новейшей компьютерной технологии лежит применение системы скрытых каналов. Она заключается в следующем: в множестве специальных разъемов устанавливаются микроскопические датчики и сенсоры, которые передают световые импульсы и трансформируют их в точную информацию. Подобное решение поможет человечеству не только получить более высокую скорость передачи данных (чип с германиевым лазером уже показал значение в 1Тб/с, что в 2 раза быстрее проводных устройств), но и внести частичный вклад в стабилизацию экологической ситуации на планете. Эта новая технология в компьютерной технике не будет потреблять и вырабатывать энергию, а, следовательно, позволит снизить уровень выбрасываемого в атмосферу тепла.

Электроника для оптимизации тела

Следующие новые разработки в компьютерных технологиях охватывают целый комплекс приспособлений: это и наушники-вкладыши, фиксирующие частоту сердцебиения, и надеваемые под одежду сенсоры для контроля и корректировки осанки, и тактильные подкладки для обуви, способные с помощью вибрирования и встроенных датчиков GPS указать своему владельцу путь до места назначения. Все эти устройства можно охарактеризовать словосочетанием «носимая электроника» – это «умные» гаджеты, которые за счет последних достижений науки и техники заметно упрощают людям жизнь.

Например, онкологи ведущих клиник уже используют полуочки/полусмартфон Google Glass на базе Android для того, чтобы проводить сложные операции своим пациентам и вести сбор материалов в тех или иных клинических случаях. К помощи этой разработки прибегают и обычные граждане, которые благодаря голосовым командам:

• отправляют сообщения различным адресатам;
• следят за погодными изменениями;
• находят подходящие авиарейсы;
• быстро узнают о правилах оказания первой медицинской помощи в ситуациях, угрожающих жизни и здоровью.

Мемристорная память

Новая технология мемристор, или резисторов памяти, позволит компьютерной сфере стать более емкой, ведь эта разработка обещает перевести все цифровые устройства с флеш-памяти на максимально долговечный и скоростной принцип хранения информации. Исследователи и программисты назвали его ReRAM (Resistive Random Access Memory).

Уникальные чипы будут состоять из чередующихся слоев диоксида титана и платины. Независящие от энергии схемы помогут человеку обрабатывать данные в 1000 раз быстрее, совершать 1000000 перезаписей против возможных сегодня 100000 подобных циклов и обрабатывать сведения практически моментально. Мемристоры способны стать настоящим прорывом среди новых открытий в компьютерных технологиях, ведь внедрение их в переносные устройства, например, плееры, электронные книги и портативные ноутбуки, сделает возможным регулярно иметь с собой уже не гигабайты, а целые терабайты различных материалов! В планах разработчиков из Quantum Science Research, США, также числится создание платы с объемом памяти в 1 петабайт, равным свыше 1000000 гигабайт. Фактический размер такого чипа поражает воображение – благодаря использованию мемристор он окажется не больше 1 см.

Это интересно! Проект развития мемристор, являющийся одним из самых новых в компьютерных технологиях, станет полезным и для дальнейшей разработки самостоятельного искусственного интеллекта. Предполагается, что соединения мемристорной памяти смогут образовывать нечто похожее на синапсы нейронов, а, значит, и генерировать идеи, принимать решения и моделировать другие аспекты работы человеческого мозга.

Улучшение техники и ее свойств

Новые разработки в области компьютерных технологий не существуют опосредованно от остального мира, а, наоборот, служат разрешению острых проблем, важных для продолжения благополучной жизни общества. Так, сегодня экологи вместе с нанотехнологами и инженерами трудятся над созданием эффективных, но не угрожающих природе механизмов, транспортных средств, роботов. Здесь одной из первоочередных задач является искусственное структурирование углеводорода, входящего в состав композитных монолитов. Это поможет сделать производимые автомобили и другие машины, не предназначенные для передвижения, легче на 10%, а, следовательно, и снизить количество токсичных выхлопных газов, которые образуются при сгорании топлива.

Еще одна немаловажная тема – это вопрос длительного хранения энергии. Специалисты считают, что действенным окажется массовый выпуск в свет инновационных батарей – проточных для удержания жидкого химического потенциала веществ, вместительных графеновых конденсаторов для многотысячного заряжения и разряжения аккумуляторов, нанопроволочных литиево-ионных источников постоянного тока для сбережения солнечного излучения.

Грандиозная визуализация

Новые технологии в области компьютеров сделают доступным качественно иное восприятие реальности. Исследователи заверяют: привнесение в мир возможности просмотра телевидения без использования экранов приурочено уже к ближайшему будущему. О чем же идет речь? О создании головной транспортабельной гарнитуры виртуальной действительности (шлемов или очков), специальных смартфонов для слабовидящих и пожилых представителей населения, устройств для приема и отправки видеоголограмм.

То, что раньше можно было увидеть разве что в голливудских кинолентах, сегодня постепенно становится явью благодаря особым проекционным пленкам, панорамному изображению в формате 3D и бинауральному звуку, который записывается в микрофон, точно повторяющий форму человеческих ушей!

Интерфейс «мозг – компьютер»: киборгизация

Наконец, последняя новая технология в мире компьютеров представляет собой соединение главного органа ЦНС человека с высокоскоростной электронно-вычислительной машиной. Сотрудники Гарварда, США, уже добились в этой области значительных результатов – они создали едва ощутимую полимерную сетку с электродами, большая часть которой является свободным пространством. На основание (каркас) в мозгу способны и должны прикрепиться нейроны, что позволит инородной ткани стать одним из элементов организма, но продолжить выполнять заложенные в нее функции.

В 2012 году команда начала проводить эксперименты на мышах и крысах. Это предприятие завершилось успехом. Микроскопические изделия диаметром в несколько сантиметров были внедрены животным при помощи ультратонкой иглы (100 микрометров) прямо через черепа в определенные участки мозга. Позднее выяснилось, что сетки благополучно прижились и продолжили интегрироваться в нейронную среду тем лучше, чем дольше они там находились.

Подобный прорыв может оказаться крайне полезным с практической точки зрения. Нейроинтерефейсы дадут возможность полнее исследовать работу человеческого мозга, при необходимости активизировать те или иные доли, предотвращать и устранять нарушения, возникающие при болезнях Паркинсона, Альцгеймера и других, а также управлять сложными техническими конструкциями одной лишь силой мысли! Однако такая разработка влечет за собой и множество вопросов этического характера. Например, насколько правомерно будет проводить внедрение нейронного «чипа» маленьким детям? Что делать, если влияние на отделы мозга спровоцирует проявление нетипичных реакций? Не потеряет ли человек своей воли и свободы после подобного шага? На эти вопросы нанотехнологам, инженерам и философам будущего еще только предстоит ответить.

Источник

Как будут развиваться компьютеры в ближайшие 100 лет?

Сказать, что компьютеры развиваются невероятно быстро — ничего не сказать. Еще в 1965 году Гордон Мур отметил, что число транзисторов, которые можно вместить на кремниевый чип, каждый год увеличивается вдвое. Эти маниакальные темпы немного замедлились — теперь удвоение происходит примерно раз в два года.

Осведомленность о головокружительной скорости, с которой развиваются компьютерные технологии, просочилась в общественное сознание. Кто еще не слышал шутку о том, что если купить компьютер в магазине, он устареет к тому времени, как вы его довезете домой? Что будет с компьютерами в будущем?

Если предположить, что производство микропроцессоров будет жить по закону Мура, вычислительная мощность наших компьютеров должна удваиваться каждые два года. Получается, через 100 лет компьютеры будут в 1 125 899 906 842 624 раза мощнее, чем сегодня. Это трудно вообразить.

Но даже сам Гордон Мур предостерегал от того, что закон Мура продержится так долго. В 2005 году инженер сказал, что транзисторы достигнут атомарных масштабов, и мы столкнемся с фундаментальными барьерами, которые не сможем пересечь. Потом мы не сможем вместить больше транзисторов в точку пространства.

Возможно, мы сможем обойти этот барьер за счет строительства более крупных процессорных чипов. Но транзисторы генерируют тепло, а горячие процессоры приводят к тому, что компьютер отключается. Компьютерам с быстрыми процессорами нужны эффективные системы охлаждения, чтобы избежать перегрева. Чем больше процессорный чип, тем больше тепла компьютер будет вырабатывать при работе на полной скорости.

Другая тактика — перейти к многоядерной архитектуре. Многоядерный процессор распределяет свою вычислительную мощь на каждое из ядер. Они хорошо справляются с задачами, которые можно разбить на меньшие компоненты, но плохо справляются с обработкой крупных вычислительных задач, которые разбить нельзя.

Компьютеры будущего, возможно, будут опираться совершенно на иную модель, нежели традиционные машины. Что если мы откажемся от старых процессоров на базе транзисторов?

Оптические, квантовые и ДНК-компьютеры

Оптоволоконные технологии уже начали революцию в мире компьютеров. Оптоволоконные линии передачи данных несут информацию с невероятной скоростью и не страдают от электромагнитных помех, как обычные классические кабели. Что если построить компьютер, который использует свет для передачи информации вместо электричества?

Одним из преимуществ будет то, что оптическая или фотонная система будет генерировать меньше тепла, чем традиционный электронный процессор на базе транзисторов. Эти данные также будут передаваться с большей скоростью. Однако инженерам еще предстоит разработать компактный оптический транзистор, который можно выпустить на массовый рынок. Ученые из ETH Zurich смогли построить оптический транзистор размером с одну молекулу. Но чтобы система стала эффективной, ученым нужно охладить молекулу до минус 272 градусов Цельсия, или 1 градуса Кельвина. Это ненамного теплее, чем глубокий космос. И это не совсем практично для обычного пользователя компьютера.

Фотонные транзисторы могут стать частью квантового компьютера. В отличие от традиционных компьютеров, которые используют двоичный счет или биты для выполнения операций, квантовые компьютеры используют квантовые биты или кубиты. Кубит может быть 0,1 или чем-то между ними одновременно.

Рабочий квантовый компьютер сможет решать крупные задачи, которые могут быть разделены на меньшие, в несколько раз быстрее традиционных компьютеров. Вся «фишка» в проблеме распараллеливания. Однако квантовые компьютеры по своей природе нестабильны. Если квантовое состояние компьютера нарушится, машина вернется к вычислительной мощи обычного компьютера. И как и оптические передатчики, собранные силами ETH Zurich, квантовые компьютеры способны работать при нескольких градусах выше абсолютного нуля, чтобы сохранить свое квантовое состояние.

Возможно, будущее компьютеров лежит внутри нас. Команды компьютерных ученых работают над созданием компьютеров, использующих ДНК для обработки информации. Такое сочетание информатики и биологии может проложить путь к следующему поколению компьютеров. ДНК-компьютер обладает определенными преимуществами по сравнению с традиционными машинами. К примеру, ДНК — это распространенный и недорогой ресурс. Если мы обнаружим способ использования ДНК в качестве инструмента обработки данных, она может произвести революцию в компьютерной сфере.

Распределенные вычисления

Популярная в фантастике тема — это распределенные вычисления. В таком будущем компьютеры будут настолько малы и широко распространены, что будут практически везде. Возможно, в вашем полу будут установлены датчики, постоянно следящие за вашим физическим здоровьем. Компьютеры в вашей машине помогут вам добраться до работы. Компьютеры будут отслеживать каждый ваш шаг.

Это видение будущего одновременно и волнует, и пугает. С одной стороны, компьютерные сети станут настолько надежными, что мы всегда будем иметь быстрый и надежный доступ к Интернету. Вы сможете общаться с кем угодно вне зависимости от того, где находитесь — в метро или на необитаемом острове. С другой стороны, это создает дополнительные возможности для слежки за вами.

За последние десять лет в сфере распределенного вычисления было проделано очень многое. 4G, LTE, WiMAX расширяют Сеть далеко за пределы проводных машин. С помощью смартфона можно, если постараться, получить доступ к петабайтам информации в считанные секунды. Биометрические устройства развиваются и становятся все популярнее.

Мы также увидим суровые преобразования в технологиях пользовательского интерфейса. В настоящее время большинство компьютеров полагаются на физические входные данные, вроде компьютерных мышей, клавиатур, тачпадов и других сенсорных поверхностей. Также развиваются различные интерфейсы, которые позволяют людям управлять компьютером движением глаз, голосом или даже силой мысли. Кто знает, что будет завтра? Возможно, компьютеры будущего будут знать все наши желания.

Представить, что будет через 100 лет, крайне сложно. Технический прогресс не развивается линейно. За десятилетиями прогресса следуют моменты, в которых мы похожи на слепых котят. С другой стороны, мы можем провести четкую разницу между компьютерами и людьми сегодняшнего дня и 100 лет назад. Мы ведь стали лучше, не так ли?

Источник