В будущем компьютеры: Фотоника, кванты, мозговая сеть. Какими будут компьютеры будущего | Будущее, Наука

Содержание

Фотоника, кванты, мозговая сеть. Какими будут компьютеры будущего | Будущее, Наука

Хотя персональный компьютер прошёл долгий путь от громоздкой машины до миниатюрного смартфона, базовые принципы его работы почти не изменились. Будущее компьютеров обычно связывают с зарождением искусственного разума. Однако многие учёные скептически смотрят на то, что он появится на существующей элементной базе. Вероятно, для того чтобы «поумнеть», придётся измениться и самим компьютерам. Какими они станут?

Предел Мура

До начала 1980-х годов компьютеры воспринимались обществом и специалистами исключительно как вычислительные машины — громоздкие, дорогие и требовательные. Например, директор IBM Томас Уотсон как-то заявил, что компьютеры всегда будут штучным продуктом, а Кен Олсон, президент корпорации DEC, уверенно прогнозировал, что на персональные компьютеры никогда не будет спроса. Переломным стал август 1981 года, когда IBM выпустила на рынок серийную модель компьютера PC. Хотя самая дешёвая версия стоила больше полутора тысяч долларов, до конца года было продано 136 тысяч экземпляров. Персональные компьютеры оказались востребованы не только учёными и инженерами, но и обычными пользователями.

Первая универсальная вычислительная машина ENIAC, построенная в 1946 году, весила 27 тонн и использовала в качестве элементной базы вакуумные лампы

Попытки выпустить серийный персональный компьютер предпринимались и до IBM, но модель PC 5150, которая стала первой по-настоящему массовой, обладала преимуществами, предопределившими развитие компьютеров на десятилетия вперёд. Во-первых, она строилась на принципах «открытой архитектуры», позволяющей сторонним разработчикам создавать различные устройства, совместимые с компьютером. Во-вторых, она была достаточно компактна, чтобы помещаться на стол. В-третьих, вместе с компьютерами распространялось программное обеспечение, востребованное офисными работниками: текстовый редактор и электронные таблицы. Вскоре появились программы, работающие с графикой, и первые компьютерные игры, написанные специально для PC.

Первый настольный компьютер, завоевавший мировой рынок, — IBM PC 5150

Первый вариант смартфона под названием Simon выпустила компания IBM

Персональные компьютеры быстро завоевали мир, поскольку оказалось, что они могут использоваться почти в любой сфере. Через десять лет после появления первой массовой модели PC начали распространятся электронные сети, связывающие компьютеры друг с другом, — родилась Всемирная паутина. Параллельное внедрение средств сотовой связи создало предпосылки для появления смартфонов — мобильных телефонов с начинкой и программным обеспечением как у полноценного компьютера. Первое такое устройство называлось Simon, и на рынок его выпустила всё та же IBM в 1994 году.

Дальнейшее развитие компьютеров было направлено на миниатюризацию и рост производительности. Наряду с настольными моделями в обиход вошли ноутбуки, нетбуки, наладонники и планшеты. В настоящее время полноценный компьютер удалось уменьшить до размеров крупинки соли. В марте 2018 года компания IBM представила работающий прототип нового микрокомпьютера размером 1 мм². В нём стоит несколько сотен тысяч транзисторов, память SRAM и фотогальванические ячейки для энергоснабжения. Связь с внешним миром он поддерживает с помощью устройства, совмещающего фотодетектор и светодиод. По характеристикам микрокомпьютер сопоставим с IBM AT 386, то есть на нём вполне можно запустить первую версию Doom. При этом себестоимость девайса составляет всего 10 центов. Компания предполагает использовать его для чипизации при создании «умных» вещей.

В 1982 году журнал Time назвал «Человеком года» компьютер IBM PC

В 1965 году Гордон Мур, один из основателей компании Intel, обнаружил определённую закономерность в развитии микросхем, на основании чего позднее сформулировал эмпирический закон, названный его именем: удвоение числа транзисторов на кристалле интегральной микросхемы при сохранении стоимости происходит каждые два года.

Для пояснения закона Мура сформулирована необычная аналогия: если бы авиапромышленность последнюю четверть века развивалась так же, как вычислительная техника, то сейчас «Боинг-767» стоил бы пятьсот долларов и облетал земной шар за двадцать минут, затрачивая не больше двадцати литров керосина.

Гордон Мур из Intel открыл, что каждые два года происходит удвоение вычислительной мощности процессоров при сохранении стоимости их производства

Однако недавно сам Мур признал, что закон скоро перестанет действовать, поскольку технология приближается к физическому пределу, который нереально преодолеть на полупроводниковой базе. Например, при производстве нынешнего поколения процессоров Tiger Lake используется технология с размером транзисторов 10 нанометров; следующее поколение Meteor Lake, которое предполагают внедрить в 2022 году, будет основано на технологии с разрешением 7 нанометров. И удвоение числа транзисторов после этого, скорее всего, недостижимо, ведь размер транзистора не может быть меньше нескольких десятков атомов (размер атома кремния — 0,2 нанометра). Подсчитано, что даже если удастся создать транзистор, состоящий из одного электрона, то действие закона всё равно закончится — в 2036 году.

Персональные компьютеры будут уменьшаться.
Но этому есть предел

Получается, что в течение ещё двух десятков лет возможно появление более миниатюрных и производительных компьютеров, чем раньше, но предел уже виден, и пора начинать поиск альтернативных путей развития.

Будни фотоники

Одна из возможных альтернатив элементной базы для компьютеров — применение лазеров для передачи и обработки информации. В связи с этим внимание специалистов всё сильнее привлекает фотоника — аналог электроники, где вместо электронов используются фотоны, излучаемые лазерами.

Фотоника нашла применение в производстве оптоволоконных кабелей

Интересно, что «родилась» фотоника в Ленинградском государственном университете: в 1970 году там была даже учреждена соответствующая кафедра — её основал советский академик Александр Теренин. С этого момента начала развиваться научная школа, которая вывела нашу страну в лидеры фотоники. Наиболее известное устройство, разработанное на её принципах, — оптоволоконные кабели, которые резко повысили пропускную способность информационных каналов.

Модель первого «оптического» компьютера DOC-II, сконструированная компанией Bell Labs, выглядела очень непривычно

Сегодня основные работы по фотонике ведутся в российских вузах и Фонде перспективных исследований; всего этим занято свыше 850 организаций. Например, запущен проект модернизации радиолокационных средств для военных. Переход с электронной на фотонную базу позволит уменьшить габариты радиолокационных станций (многоэтажное здание превратится в небольшой фургон) и повысить их эффективность (увеличатся разрешающая способность и устойчивость к электромагнитным помехам). Примечательно, что разработчики сразу думают и о гражданском применении этой технологии: компактные радары можно использовать в скоростных поездах и автомобилях для мгновенного обнаружения препятствий. Больше того, технология будет применяться при создании «умной» обшивки самолётов, благодаря чему весь фюзеляж превратится в мощный радиолокатор, позволяющий пилотам видеть всё, что происходит вокруг «борта» в течение полёта.

Фотоника позволяет оперировать «сублучами» для организации вычислительной логики

Фотоника развивается по нескольким направлениям. Самые молодые из них, оптоинформатика и радиофотоника, призваны заменить существующие компьютерные и сетевые технологии. Чтобы показать преимущества, которые даёт фотоника в этой области, достаточно упомянуть, что созданный в Московском государственном университете сверхбыстрый фотонный переключатель позволяет поднять скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю до нескольких сотен терабит в секунду (предел для современных кабелей — сто терабит в секунду).

Внедрение фотонных коммуникаций позволит, помимо прочего, вдвое снизить энергозатраты и, соответственно, стоимость систем хранения данных. Например, в США дата-центры уже потребляют 2% от всей производимой в стране энергии, поэтому экономия при переходе на новую технологию будет существенной. Перейти с электроники на фотонику планируют компании, располагающие крупнейшими дата-центрами в мире: Amazon, Apple, Facebook и Google.

Впрочем, главная задача на ближайшее будущее — создание фотонного компьютера, который в теории значительно обойдёт по производительности системы на полупроводниках. Хотя скептики говорят, что световой сигнал менее устойчив, чем электрический, поэтому устройства по его преобразованию никогда не смогут конкурировать с полупроводниковыми транзисторами, у него есть свои уникальные преимущества. Например, луч света можно расщепить или разложить на спектр, используя каждый из «сублучей» для организации вычислительной логики. В фотонных схемах можно применять фотолюминесцентные вещества, сразу переводя обработку информации на уровень отдельных молекул. Приносит пользу и задержка сигнала при прохождении света через сложную структуру, состоящую из призм и зеркал: оказывается, таким способом почти мгновенно решаются довольно сложные вычислительные задачи, требующие огромных затрат времени и энергии при решении на обычных компьютерах.

Фотонные коммуникации станут новой элементной базой для компьютеров будущего

Несмотря на очевидные плюсы, фотоника пока развивается очень медленно. Ещё в 1990-е годы компания Bell Labs продемонстрировала несколько прототипов «оптического» компьютера, но с тех пор мало что изменилось. И пока не появится общий и востребованный стандарт для вычислительной фотоники, исследования в этой области останутся единичными и дорогостоящими.

Прототип интегральной платы для оптического компьютера

Мозговой процессор

Идею усилить человеческий интеллект за счёт компьютера по аналогии с тем, как электромеханические приспособления усиливают мускульные действия, первым высказал английский психиатр Уильям Эшби в монографии «Введение в кибернетику», изданной в 1956 году. Через шесть лет американский учёный Дуглас Энгельбарт, прославившийся как изобретатель компьютерной мыши, в докладе «Дополнение человеческого интеллекта: концептуальная основа» сформулировал понятие экзокортекса — внешней для человека системы обработки информации. Сегодня под такой системой понимают компьютеры, объединённые через интернет, однако сам Энгельбарт имел в виду технологию, при которой становится возможным прямой обмен информацией по схеме мозг-компьютер. В 1973 году эта технология получила своё современное название — нейрокомпьютерный интерфейс.

Внедрение нейрокомпьютерных интерфейсов началось с опытов на шимпанзе

Развитие нейрокомпьютерных интерфейсов шло двумя путями: управление поведением животных с помощью компьютера и создание электронных протезов для людей с ограниченными возможностями. В 1998 году американский нейролог Филипп Кеннеди, которого называют «отцом киборгов», впервые имплантировал нейрокомпьютерный интерфейс в мозг парализованного ветерана Джонни Рэя. Пациент получил возможность управлять мышиным курсором и таким образом общаться с внешним миром, используя различные программы. В 2004 году Кеннеди вживил интерфейс 16-летнему Эрику Рэмси, утратившему способность говорить, и добился того, чтобы пациент смог произнести несколько слов через специальный декодер. В 2006 году специалисты компании CNS (Cyberkinetics Neurotechnology Systems) продемонстрировали миру Мэттью Нейгла — футбольную звезду из штата Массачусетс, который оказался частично парализован после драки. Ему имплантировали интерфейс, который позволял не только управлять курсором, но и играть в компьютерные игры, переключать каналы телевизора, шевелить электромеханической рукой и так далее. С этого момента различные виды нейрокомпьютерных интерфейсов начали завоёвывать рынок. Ведь гаджеты, придуманные для инвалидов, могут использоваться обычными людьми.

В ближайшее время ожидается появление нового поколения нейроинтерфейсов: в виде «умных» татуировок на ушах и в виде нейропыли — сверхминиатюрных электронных сенсоров, которые будут внедряться в сосудистую оболочку мозга. По мере их распространения станет развиваться и программное обеспечение, осуществляющее коммуникацию, вплоть до появления «синтетической» телепатии, когда отдельные люди смогут общаться друг с другом без использования речевого аппарата.

В конечном итоге «синтетическая» телепатия позволит создавать «аватаров» — роботов или искусственных существ, которыми оператор будет управлять как своим собственным телом. Возможен и обратный процесс, при котором компьютерные программы будут «арендовать» человеческие мозги для выполнения в природной нейросети наиболее сложных вычислений.

Без сомнения, внедрение нейрокомпьютерных интерфейсов изменит наш мир сильнее, чем некогда — появление персональных компьютеров. Новая технология найдёт применение в военном деле и сфере безопасности, в науке и космонавтике, в медицине и образовании, в маркетинге и развлечениях. Согласно прогнозам футурологов, в ближайшем будущем сформируется и начнёт полноценно функционировать мозго-сеть (brainet, брейнет), соединяющая посредством нейроинтерфейсов мозги людей, высших животных и интеллектуальные программы-агенты в мощнейший органический компьютер, где будет происходить обмен знаниями, включая подсознательный опыт.

Нейрокомпьютерным интерфейсом можно пользоваться без хирургического вмешательства

В будущем нейрокомпьютерные интерфейсы будут выглядеть намного элегантнее

Футурологи составили даже «дорожную карту» перехода от интернета к брейнету. До 2024 года будет создан рабочий прототип мозго-сети, предпосылками к появлению которого станут распространение гаджетов с обратной связью, внедрение технологии «дополненной реальности», поступление на рынок серийных биопротезов и экзоскелетов. В то же время учёные научатся оцифровывать различные психические процессы, за счёт чего можно будет сохранять, воспроизводить или продуцировать любые ощущения. В период с 2025 по 2035 год брейнет будет развиваться, обретая новые возможности. Социальные сети и онлайн-игры станут площадками для объединения в «групповые интеллекты». Будет завершено картирование мозга и реализован перевод «языка» нейронов. Начнутся эксперименты по созданию иных вариантов разума. Устройства с нейроинтерфейсами полностью вытеснят прежние средства связи. Многие профессиональные виды деятельности станут невозможны без подключения к мозго-сети, что поспособствует формированию нейросообществ, объединённых общими задачами или интересами. После 2035 года брейнет захватит все средства коммуникации, контролируя и направляя жизнь человечества.

Возможно, предложенный прогноз слишком оптимистичен и воцарение мозго-сетей будет выглядеть как-то по-другому. Однако не приходится сомневаться: симбиоз человека с компьютером становится всё теснее, и когда-нибудь количество перейдёт в качество, породив принципиально новый вид обработки информации.

Троичный компьютер

Сетунь и её разработчики

Все современные компьютеры построены на двоичной логике — формальной системе, основанной на двух противоположных утверждениях: истина («логическая 1») и ложь («логический 0»). Однако в любую логику можно ввести и дополнительные утверждения: например, в троичной логике добавляется «неизвестно» (или «не определено»). Кажется, что введение неопределённости усложняет создание алгоритмов, поэтому от неё отказались при проектировании первых универсальных компьютеров. И всё-таки исключения встречаются: в 1959 году сотрудники вычислительного центра Московского государственного университета построили под руководством Николая Брусенцова уникальный троичный компьютер, получивший название «Сетунь» в честь протекающей рядом реки. После появления серийного образца Казанский завод математических машин выпустил пятьдесят компьютеров, тридцать из которых использовались в советских университетах. Авторы «Сетуни» на основе обычной двоичной ферритодиодной ячейки создали её троичный аналог, работа которого была построена на двухбитном троичном коде: один трит (так в данном случае называется единица измерения) записывался в два двоичных разряда. «Сетунь» имела явные преимуществе перед двоичными аналогами: большая плотность записи информации, значительное быстродействие, повышенная защищённость от накопления ошибки. «Сетунь» так и не получила развития, однако современные учёные признают, что троичная логика более эффективна, поэтому к ней, возможно, ещё вернутся при проектировании компьютеров будущего.

Квантовый прорыв

Перспективы фотоники и мозго-сетей впечатляют, однако куда большего специалисты ждут от внедрения квантового компьютера. Его концепция появилась примерно в то же самое время, когда учёные начали разбираться в законах, по которым «живёт» квантовый мир. Концепцию выдвинул в 1980 году советский математик Юрий Манин; через несколько месяцев американский физик Ричард Фейнман описал теоретическую модель, а его коллега Пол Бениофф придумал принципы построения необычной вычислительной машины.

Простейший, но далеко не простой квантовый компьютер Orion

Информационная ячейка обычного компьютера может в один момент времени находиться только в одном из двух состояний — «0» или «1» (это называется битом). В отличие от неё, ячейка квантового компьютера может находиться одновременно во всех состояниях от «0» до «1», бесконечная совокупность которых называется кубитом (q-битом, квантовым битом). Если квантовый компьютер удастся построить и снабдить соответствующей программой, то теоретически в нём можно будет запустить бесконечное количество параллельных вычислений, получая результат мгновенно. Причём сложность вычислений никак не должна влиять на быстродействие компьютера. Например, установлено, что 30-кубитный квантовый компьютер по мощности будет равен суперкомпьютеру, работающему с производительностью 10 терафлопс (10 триллионов операций в секунду). Для сравнения: мощность современных настольных компьютеров измеряется всего лишь в гигафлопсах (миллиарды операций в секунду).

Вышеописанная концепция легла в основу экспериментальных квантовых процессоров канадской компании D-Wave Systems. Начав работу в 2007 году, компания прошла путь от прототипа, содержащего 16 кубитов (модель Orion), до чипов с 2000 кубитов (модель D-Wave 2000Q). Свои прототипы квантовых процессоров представили IBM, Intel, Google, Гарвардский университет и Объединённый квантовый институт в Мэриленде. У нас аналогичные проекты ведут сотрудники Российского квантового центра, Института физики твёрдого тела и МГТУ имени Баумана.

Инженеры IBM представили свою версию квантового компьютера с чипом на 20 кубитов

«Сердцем» квантового компьютера служит маленькое алюминиевое кольцо. Если перевести его в сверхпроводящее состояние, оно превратится в квантовый объект, ток в котором потечёт как по часовой, так и против часовой стрелки, что и позволяет кубиту принимать значения от «0» до «1» в один и тот же момент времени. Для этого кольца охлаждают жидким гелием до температуры, близкой к абсолютному нулю. Затем их помещают в тонко настроенное магнитное поле. Низкая температура подавляет различные помехи, что позволяет общаться с кубитом посредством микроволн и считывать ответ. Сложность в том, что при таких условиях кубиты «живут» лишь микросекунды. Но и за этот миг они успевают просчитать сотни операций.

Типичный квантовый компьютер выглядит как огромный чёрный шкаф, что объясняется необходимостью поддерживать сверхнизкие температуры и особые магнитные поля. Но ведь когда-то и обычные компьютеры занимали целые этажи. Специалисты утверждают, что смогут миниатюризировать и удешевить квантовые компьютеры, используя фотонику, ведь фотон — тот же квант, обладающий соответствующими свойствами. Однако главная проблема не в размерах, а в извлечении информации: в какой-то момент процесс квантового вычисления нужно остановить, чтобы получить ответ в виде бита — на выходе должны быть всё те же привычные «0» или «1».

Инженеры Intel изготовили квантовый процессор на 50 кубитов

Проблему очень образно описал итальянский профессор Томмасо Каларко — крупнейший специалист по квантовым компьютерам: «Представьте себе официанта в ресторане. Если он ходит медленно, то пища наверняка будет доставлена по назначению. Но в квантовых масштабах «медленно» не годится: оно приведёт к декогеренции, то есть нарушению связей в квантовой системе, возникающей из-за влияния внешней среды. Такая «остывшая» система клиенту не подойдёт, и он попросит деньги назад. Если же идти слишком быстро, точность вычислений сильно упадёт и много посуды окажется на полу. Профессиональные официанты ходят иначе: они ускоряются, идут с небольшим наклоном и замедляются. Функционирующий по похожему принципу алгоритм разрабатывают для использования в квантовом компьютере».

В решении этой проблемы российские учёные заняли лидирующие позиции. Скажем, оптимизационный алгоритм, позволяющий повысить точность результата при использовании квантового компьютера, создал выдающийся отечественный математик Вадим Кротов. Итальянский профессор описывает его достижение так: «Вернёмся к нашему официанту. Что вы делаете, когда бьёте тарелки? Правильно, возвращаетесь назад во времени, представляя, как всё было бы, поступи вы немного иначе. Вы проецируете свои желания на то, что уже сделали. И в новой реальности вы будете аккуратнее. Так и алгоритм Кротова постоянно «возвращает» квантовую систему в прошлое и показывает, что будет при некоторой её корректировке. Ошибка при этом, конечно же, уменьшается».

Появление полноценного квантового компьютера, способного решать задачи любой сложности, не за горами. Говоря о перспективах, учёные обычно приводят следующий наглядный пример. Чтобы получить доступ к зашифрованной банковской карте, нужно разложить на два простых множителя число длиной в сотни цифр. Самому мощному суперкомпьютеру Sunway TaihuLight, проводящему квадриллионы операций в секунду, на это потребуется более 15 миллиардов лет — больше, чем возраст Вселенной! А квантовому компьютеру понадобится всего несколько часов.

Современный квантовый компьютер кажется гигантским. Как и обычные компьютеры полвека назад

С помощью квантовой вычислительной техники учёные смогут мгновенно расшифровывать геном, точно предсказывать погоду и климатические изменения, определять оптимальную аэродинамику для автомобилей, самолётов и ракет, обрабатывать колоссальные массивы данных, выявляя закономерности в кажущемся хаосе. Футурологи полагают, что именно через квантовый компьютер лежит самый прямой путь к созданию искусственного интеллекта.

Впрочем, куда интереснее другой момент. Хотя квантовый компьютер — цифровая система, в своей физической основе это аналоговый прибор, работающий на фундаментальном уровне. Проще говоря, это маленькая модель Вселенной. Изучая квантовый компьютер, наука познаёт, как «программируется» Вселенная, как в ней накапливается и преобразуется природная информация. Вполне возможно, разобравшись в этих принципах, человечество научится «программировать» пространство и время. Или даже создавать новые вселенные.

В будущем, возможно, все смогут использовать квантовые компьютеры

4007

просмотров

By Christopher Bernhardt

Канал cgit_vines потготовил этот перевод для вас, мы есть в vk и telegram. Игры, графика и нейросети.

Компьютеры когда-то считались продуктом высоких технологий, доступным только ученым и узким специалистам. Но произошел сейсмический сдвиг в истории вычислений во второй половине 1970-х годов. Дело не в том, что машины стали намного меньше и мощнее — хотя, конечно, они стали — а в том, кто будет использовать компьютеры и где: они стали доступны каждому для использования дома.

Сегодня квантовые вычисления находятся в зачаточном состоянии. Квантовые вычисления включают в себя некоторые из самых ошеломляющих концепций физики 20-го века. В США Google, IBM и NASA экспериментируют и создают первые квантовые компьютеры. Китай также активно инвестирует в квантовые технологии.

Как автор «Квантовых вычислений для всех», опубликованного в марте, я полагаю, что аналогичный сдвиг произойдет в направлении квантовых вычислений, когда энтузиасты смогут играть с квантовыми компьютерами из своих домов. Этот сдвиг произойдет гораздо раньше, чем думает большинство людей.

Появление персональных компьютеров

Первые современные компьютеры были собраны в 1950-х годах. Они были большими, часто ненадежными и по сегодняшним меркам не особо мощными. Они были предназначены для решения больших задач, таких как разработка первой водородной бомбы. Было общее понимание, что компьютеры будут нужны для подобных вещей и что много миру не понадобится.

Конечно, это мнение оказалось совершенно неверным.

Программирование на BASIC. 

Изображение предоставлено: David Firth / Wikimedia.

В 1964 году Джон Кемени и Томас Курц написали язык BASIC. Их цель состояла в том, чтобы создать простой язык программирования, который был бы легок в изучении и позволил бы любому программировать. В результате программирование перестало быть прерогативой исключительно высококвалифицированных ученых. Теперь любой мог научиться программировать, если бы захотел. Этот сдвиг в вычислительной технике продолжился, когда в конце 1970-х появились первые домашние компьютеры. Любители теперь могли купить свой собственный компьютер и программировать его дома. Родители и дети могли учиться вместе. Эти первые компьютеры были не очень мощными, позволяли делать ограниченное количество вещей, но они были тепло встречены пользователями.

По мере того, как люди играли со своими машинами, они осознавали, что им нужно больше возможностей и больше мощности. Основатели Microsoft и Apple поняли, что у домашнего компьютера большое будущее.

Почти у каждого американца сейчас есть ноутбук, планшет или смартфон, или все три. Они проводят много времени в социальных сетях, электронной коммерции и поиске в Интернете.

Ни один из этих видов активностей не существовал в 1950-х годах. Никто в то время не знал, что они хотят или нуждаются в них. Именно наличие нового инструмента, компьютера, привело к развитию этих активностей.

Начало квантовых вычислений

Классические вычисления, такие как те, что управляют вашим домашним компьютером, основаны на вычислениях людей. Все вычисления разбиваются на их основные части: двоичные цифры 0 и 1. В настоящее время наши компьютеры используют биты — комбинированное слово из ‘двоичных цифр’ (bits = binary digits) — потому что их легко применять с помощью переключателей, которые находятся либо в положении «включено», либо «выключено».

Квантовые вычисления основаны на том, как вычисляет вселенная. Они содержат все классические вычисления, но также включают в себя пару новых концепций, пришедших из квантовой физики.

Вместо битов классического вычисления у квантового вычисления — кубиты. Впрочем, результат квантовых вычислений точно такой же, как и при классических вычислениях — некое количество битов.

Разница в том, что во время вычислений компьютер может управлять кубитами в большей мере, нежели чем битами. Он может поместить кубиты в суперпозицию состояний и запутать их.

Как суперпозиция, так и квантовая запутанность являются понятиями квантовой механики, с которыми большинство людей не знакомы. Суперпозиция, грубо говоря, означает, что кубит может быть комбинацией и 0, и 1. Запутанность распределяет корреляцию между кубитами. Когда измеряется один из пары запутанных кубитов, сразу же показывается, какое значение вы получите, когда будете измерять его ‘напарника’. Это то, что Эйнштейн назвал «жутким дальнодействием».

Математика, необходимая для полного описания квантовой механики, ошеломительна, и эти данные необходимы для проектирования и построения квантового компьютера. Но математика, необходимая для понимания квантовых вычислений и начала проектирования квантовых цепей, гораздо меньше: алгебра средней школы по сути является единственным требованием.

Квантовые вычисления и вы

Для чего они будут использоваться? Квантовые вычисления имеют важное применение в криптографии. В 1994 году математик из Массачусетского технологического института Питер Шор показал, что если квантовые компьютеры будут построены, они смогут сломать современные методы шифрования в интернете. Это побудило к созданию новых способов шифрования данных, способных противостоять квантовым атакам, открыв эпоху постквантовой криптографии.

Также похоже, что квантовые вычисления, вероятно, окажут большое влияние на химию. Существуют определенные реакции, которые классическим компьютерам трудно моделировать. Химики надеются, что квантовые компьютеры будут эффективны при моделировании этих квантовых явлений.

Но я не думаю, что имеет смысл рассуждать о том, что большинство людей будут делать с квантовыми компьютерами через 50 лет. Этим вопросом имеет смысл задаться, когда квантовые вычисления станут чем-то, что каждый сможет использовать из собственного дома.

Ответ в том, что это уже возможно. В 2016 году IBM добавила небольшой квантовый компьютер в облако. Любой, имеющий подключение к интернету, может спроектировать и запустить свои собственные квантовые цепи на этом компьютере. Квантовая цепь — это последовательность основных шагов, которые выполняют квантовое вычисление.

Мало того, что квантовый компьютер IBM можно использовать бесплатно, у него простой графический интерфейс. Это небольшая, не очень мощная машина, очень похожая на первые домашние компьютеры, но любители могут начать играть. Сдвиг начался.

Люди вступают в эпоху, когда учиться и экспериментировать с квантовыми вычислениями просто. Как и в случае с первыми домашними компьютерами, может быть неясно, что есть проблемы, которые необходимо решить с помощью квантовых компьютеров, но, по мере того, как люди будут играть с ними, я думаю, они, вероятно, обнаружат, что им нужно больше мощности и больше функций. Это откроет путь для новых применений, которые мы еще себе не представляем.

Алексей Чукарин о будущем технологий – Москва 24, 01.12.2015

Фото:m24.ru/Александр Авилов

За последние 15 лет информационные технологии ушли далеко вперед. В начале двухтысячных никто и мечтать не мог о том, что интернет появится в каждой квартире, будет высокоскоростным и беспроводным. Подключиться к сети можно будет везде: в метро, парке, ресторане, на улице. Сегодня люди вовсю пользуются онлайн-услугами и оснащают дома «умными» датчиками. Какими станут информационные технологии еще через 15 лет, к 2030 году, размышляет колумнист m24.ru, руководитель аналитического подразделения департамента информационных технологий Алексей Чукарин.

15 лет – много это или мало? Человек к 15 годам еще даже не успевает толком повзрослеть, только паспорт вчера получил. А что такое 15 лет для технологий? Огромный срок. Ведь за это время технологии часто успевают пройти жизненный цикл полностью – от появления идеи и ее первых воплощений, до активного применения и часто даже исчезновения.

Вспомним, например, что творилось в Москве в начале нулевых. Доступ в интернет был в лучшем случае в одной из 15-16 квартир, и тот – dial-up (модемное соединение), занимающий телефонную линию. Про скорость лучше и не вспоминать вовсе.

Сотовая связь ограничивалась только голосом и отправкой сообщений, а стоила столько, что позволить ее себе могли только очень обеспеченные люди. Протокол WAP только-только появлялся, то есть о мобильном интернете тоже говорить не приходилось.

Общий объем городского центра хранения данных составлял всего 100 гигабайт. Сейчас же на любом лэптопе жесткий диск больше вмещает — можно спокойно сохранить всю городскую информацию пятнадцатилетней давности, и еще место останется фотографии из отпуска сохранить.

К чему мы пришли в 2015 году? Широкополосный доступ в интернет есть в большинстве квартир, проникновение сотовой связи более 100%, покрытие высокоскоростным мобильным интернетом 4G тоже уже очень плотное. Интернет перестал быть «домашней» роскошью. Люди уже привыкли пользоваться электронными сервисами и услугами. И эта привычка меняет все. Практически каждый человек находится все время «онлайн» – пусть не всегда в сети интернет, но уж, по крайней мере, с сотовым телефоном. Кроме того, объем хранимых городских данных всего за 15 лет вырос на два порядка – со 100 гигабайт до 50 петабайт. И это не предел.

москвичи перестанут платить за доступ в интернет

Технологии продолжают развиваться. Уже сейчас можно попробовать представить, какой будет Москва еще через 15 лет. И это не просто фантастические предположения, а обоснованные прогнозы.

Начнем с самого очевидного — москвичи перестанут платить за доступ в интернет, за трафик. То есть интернет станет условно бесплатным и общедоступным. Операторы больше не смогут «сидеть на трубе» и получать за это деньги. Пользователи будут платить за контент, а значит, перспективы — на стороне мультисервисных компаний. Что это означает для потребителя – простого москвича? То, что человек будет всегда онлайн. Любая услуга, любой сервис, любой товар будут значительно ближе и доступнее потребителю, чем когда бы то ни было.

Еще сильнее вырастет конкуренция и, скорее всего, случится неизбежное – все услуги будут персонифицированы. Потребитель будет сразу, «в базе», так сказать, получать не коммерческие услуги отдельно, государственные отдельно, услуги связи еще каким-то способом и так далее, а все услуги вместе, подобранные специально под него. Из этого, конечно, не следует, что человек будет исключен из процесса выбора, но базовый принцип будет именно такой.

не факт, что интернет по-прежнему будет называться «Интернетом»

К 2030 году экономика станет «интернетоцентричной». Мы и в 2015 наблюдаем не только персональную, но и отраслевую интернет-зависимость. А еще через 15 лет интернет станет основой для всех технологической коммуникации сфер экономики, как в части оперативного управления, так и в части принятия решений. При этом, конечно, не факт, что интернет по-прежнему будет называться «Интернетом», но сеть сетей, функционирующая по принципам, заложенным уже сейчас, станет гораздо более влиятельной.

А вот настольные компьютеры, думаю, займут свое законное место в музеях — какой смысл этим «ящикам» занимать место в доме, когда будут более мощные и при этом компактные устройства с виртуальными возможностями.

Сейчас «умный дом» — это лишь набор отдельных функций управления, «интернет вещей» только набирает обороты. Да, есть холодильники, заказывающие еду в супермаркете, системы домашнего климат-контроля, где-то уже установлены телеметрические датчики потребления воды и электроэнергии. Но все это пока лишь отдельные примеры, а к 2030 году мы сможем говорить о таких вещах как обязательных для нормальной жизни горожанина.

Уже сейчас в мире 6 миллиардов датчиков, которые используются в домашних и городских интеллектуальных системах — учета потребления ресурсов, мониторинга дорожного трафика, контроля безопасности и так далее.

К 2030 году их будет более 100 миллиардов. Эти датчики сформируют единую сеть, позволяющую на основании получаемых данных осуществлять управление в режиме реального времени.

При этом, хранить массивы с датчиков данных целиком бесполезно, а если говорить прямо — дорого и глупо. И здесь мы подходим к двум важным задачам, на решение которых у нас есть как раз 15 лет.

Первая задача — обеспечить всем этим датчикам бесперебойную работу. Представьте, что такое хотя бы раз в год заменить батарейку в 100 миллиардах устройств. Или попытаться их всех подключить к электропитанию.

Ссылки по теме

И вторая задача — выстроить систему сбора и анализа данных, чтобы хранить только значимые данные. Можно привести схематичный пример: сейчас камера наблюдения во дворе фиксирует происходящее 24 часа в сутки и передает изображение в центр хранения данных, где он остается еще в течение пяти дней. Очень «увлекательное кино» — утром елка стоит, днем елка стоит, вечером елка продолжает стоять.

Алгоритмы анализа данных в режиме реального времени, сортировки и классификации позволили бы хранить только то изображение, где имела место динамика — мусоровоз приехал, дворник свою работу сделал, жилец прошел. Тогда, как минимум, сроки хранения видеоизображения можно было бы увеличить. Но это пока только одна из множества идей по оптимизации хранения и использования данных.

В октябре все вспоминали технологические «предсказания» из фильма Роберта Земекиса «Назад в будущее 2» и сравнивали их с реальностью. Возможно, в ноябре 2030 года мы с удовлетворением отметим, что и наши прогнозы стали реальностью — ведь они основаны не на фантазии сценариста и кинорежиссера, а на объективных предпосылках и шагах, которые предпринимаются уже сейчас.

Компьютеры и технологии будущего: главные технотренды 2018

Тот факт, что нас окружают компьютеры, а мы постоянно находимся на связи со смартфонами в руках, сегодня воспринимается как нечто само собой разумеющееся. Начало такого симбиоза человека, Сети и компьютера знаменует известная рекламная вставка AOL с Борисом Беккером и его «Ich bin drin» («Я внутри», «я в деле»).

Двадцать лет спустя, в 2019-м, смысл сочетания «быть внутри» воспринимается по-другому. Может быть, искусственный интеллект (ИИ) и Интернет вещей — это два понятия, которые означают для многих что-то роковое и далекое, как еще пару лет назад облачные технологии, но за ними стоят перемены, которые крепко охватывают повседневную жизнь.

Интернет вещей — это мир сантиметровых устройств, объединенных в сеть, состоящих из чипов, датчиков и беспроводной связи. Они вшиты в одежду, встроены в автомобили, уличные фонари, вмонтированы в места стоянки и собирают потоки данных, которые, в свою очередь, в будущем станут ­обрабатываться не простыми алгоритмами, а самообучающимися системами, с каждым притоком информации становящимися все лучше и откликающимися все более «интеллектуально».

Но этот чудесный новый мир наступит только при условии, что будет соблюдена основная константа: чтобы повысить эффективность вычислений компьютеров, самые маленькие вычислительные блоки — транзисторы — должны стать еще более компактными. Если еще 15 лет назад размер транзисторов составлял 130 нм, что сопоставимо с размером вируса гриппа, то сегодня ученые ломают голову в поисках способа уменьшить транзисторы в будущем до диаметра атома (0,3 нм).

Миниатюризация для прогресса

Транзисторы FinFET на рынке с 2012 года. Они состоят из двух конструктивных элементов: каналов-плавников и затворов. Напряжение на затворе переключает транзистор

Транзисторы — это миниатюрные электронные переключатели, представляющие значение 0 или 1 бинарного кода. Чем они меньше, тем быстрее компьютер производит вычисления, если говорить о производительности, и тем энергоэффективнее он работает, если говорить об оптимизации энергопотребления.

Знаменитый закон Мура, озвученный полвека назад, заключается в следующем: количество транзисторов, размещаемых на одной и той же площади интегральной схемы, каждые полтора года увеличивается в два раза. Такое удваивание означает повышение эффективности до 40%. Большего производители микропроцессоров на сегодняшний день достичь не в состоянии, поскольку используемые технологии производства микросхем дошли до пределов своих возможностей.

Уже сегодня развитие нового поколения требует не одного миллиарда долларов. Из двух десятков производителей интегральных микросхем закону Мура сейчас отвечают всего четыре: Intel, Samsung, TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) и GlobalFoundries, поставщик чипов AMD. Полупроводниковые изделия TSMC используют многие производители смартфонов.

Кроме того, обозначения размеров поколения транзисторов больше не соответствует фактическим размерам. В настоящее время Samsung позиционирует свой Galaxy S8 как смартфон с чипом с десятинанометровыми транзисторами, но по сути никаких транзисторов размером в 10 нм там нет, а то, что Samsung называет «10 нанометров», для Intel и TSMC означает немного другое.

Два параметра определяют производительность. Чем меньше транзисторы FinFET, тем выше производительность чипа. Определяющими являются два параметра: шаг затворов (CPP) и расстояние между контактами, которые подают ток (MMP)

Этот момент также связан с новой структурой FinFET, которую Intel впервые использовала в 2012 году. Говоря простыми словами, эти транзисторы состоят из двух конструктивных элементов: затворов и каналов в виде плавников или ребер, перекрещивающихся между собой и образующих сетку. Затвор пропускает или блокирует ток, протекающий по плавнику, обеспечивая таким образом переключение значения с 0 на 1 и наоборот.

Сравнить размеры элементов структуры разных производителей микросхем можно по двум параметрам: Contacted Poly Pitch — шаг затворов, и Minimum Metal Pitch — расстояние между контактами, которые находятся непосредственно над транзисторами и обеспечивают подачу тока.

Без пяти двенадцать для закона Мура

Преимущества транзисторов FinFET заключаются в плавниках. Затвор обхватывает канал-плавник с трех сторон, в результате чего повышается эффективность управления включением и отключением тока. Но чем меньше структуры, тем сложнее контролировать прохождение тока. В результате возникает ток утечки, повышается теплоотдача и энергопотребление. В производстве полупроводниковых приборов считается, что предел технологии FinFET — семь нанометров. Компания TSMC намерена к 2018 году перейти на семь нанометров для iPhone через одно поколение, и это будет последним поколением микропроцессоров, выпущенных по старой технологии.

Срок действия закона Мура должны продлить две новинки. В первую очередь — использование нового метода экспонирования. Производители интегральных микросхем по-прежнему применяют иммерсионную литографию для формирования кремниевых структур при помощи лазера, излучающего свет с длиной волны 193 нм. Чтобы вырастить структуры, размер которых меньше длины волны, материал многократно экспонируется через матрицы.

Размеры транзисторов: маркетинг и реальность. Обозначения размеров производителей микросхем не соответствуют действительности. Также неясно, удастся ли им с 2018 года наладить серийное производство с помощью EUV-литографии.

В будущем будет использоваться фотолитография в глубоком ультрафиолете (EUV) — лазер будет излучать волны длиной всего 13,5 нм. Применение волн такой длины требует перемещения полупроводниковых пластин через ряд установок, причем в вакууме, что представляет собой технические сложности.

Нидерландская компания ASML уже производит тестовые EUV-литографы, из которых 14 систем уже используются по всему миру. По всей видимости, к 2019 году ASML созреет для серийного производства EUV-установок.

К 2020-му появится поколение пятинанометровых транзисторов с новой структурой. В нанопроводных транзисторах затвор полностью обхватывает плавник, что позволяет контролировать ток лучше, чем FinFET. Летом 2016 года Межуниверситетский центр микроэлектроники, один из крупнейших научно-исследовательских центров в области микро- и нано­электроники, расположенный в бельгийском городе Левене и насчитывающий около двух тысяч сотрудников, представил прототип такого устройства в восемь нанометров в поперечнике.

Специалисты считают, что нанопровода можно использовать вплоть до трехнанометрового поколения, а потом придется отказаться от кремния в качестве материала для транзисторов.

Высокоскоростные вычислительные ядра для компьютеров будущего

Для поколения чипов размером 7 нм будут использоваться нанопроводные транзисторы, в которых затвор полностью обхватывает плавник. Справа — прототип, разработанный в исследовательском центре IMEC

Уменьшение размеров транзисторов позволит разработать новые форм-факторы домашних ПК в будущем. Как они могут выглядеть, недавно показала AMD, пролив свет на дизайн своего нового процессора с гетерогенной архитектурой экзафлопсного класса (EHP) с высокой вычислительной мощностью.

Микросхема EHP включает все основные компоненты ПК: центральный и графический процессоры, память. Многие центральные процессоры уже сегодня наряду с вычислительными ядрами ЦПУ содержат графическое ядро — его хватает на декодирование видео, но для игр оно слабовато. В рамках EHP же подразумевается выделение графическому ядру достаточного количества места на кристалле для осуществления высокопроизводительных вычислений.

Компоненты будут связаны с помощью интерпозера — кремниевой подложки с протравленными в ней тысячами линий, благодаря чему обмен данными происходит в несколько раз быстрее. Рядом с графическими ядрами располагается память типа High Bandwidth Memory.

Высокопроизводительный ПК размером с ладонь. Компания AMD представила модель процессора EHP. Все компоненты размещаются на кремниевой подложке и соединяются при помощи тысяч линий в интерпозере

Преимущество HBM перед модулями DDR RAM заключается в расположении ячеек стеками, что также ускоряет передачу данных (за счет широкой шины) и плотность хранения данных.

Из-за высокого нагрева разместить память непосредственно в процессоре сегодня не представляется возможным — микросхема просто перегреется. Для этого концепта требуются транзисторы еще меньшего размера с низким энергопотреблением и высокой производительностью.

Умное аппаратное обеспечение

Концепт EHP можно адаптировать под ПК, но он не создавался специально для них. Толчки к техническому прорыву исходят отнюдь не от серверов, ПК или смартфонов. Каким будет компьютер будущего, определяют два других фактора: искусственный интеллект (ИИ) и Интернет вещей, то есть объединение датчиков и устройств в единую сеть.

Самообучающиеся системы

Узлы (нейроны) нейронной сети расположены слоями, каждый узел выполняет простые вычисления. В итоге результаты разных рядов нейронов сверяются и сеть выдает вероятностный результат. На рисунке показана нейронная сеть, распознающая изображения.

Термин «искусственный интеллект» — неудачный, современный ИИ мало общего имеет с тем, что обычно подразумевается под словом «интеллект». ИИ, который подобно человеку анализирует непредсказуемые ситуации, будет создан еще нескоро.

Сейчас в рамках концепции искусственного интеллекта вычисления производит нейронная сеть, которая решает специфические задачи, а до этого проходит обучение. Некоторые системы продолжают обучаться и совершенствоваться и после завершения подготовки, используя обратную связь.

Нейронные сети состоят из множества узлов, которые производят параллельные вычисления (см. блок слева). Разработчики ИИ используют видеокарты типа GeForce GTX 1080 — она содержит 2560 арифметико-логических блока (ALU). Но это не более чем временное решение: большая часть ALU нередко не задействуется, поскольку нейронной сети не требуется параллелизация в таких масштабах.

Микросхема Intel Lake Crest содержит 12 кластеров для нейронов, которые будут хранить данные в стеках памяти HBM (пропускная способность 1 Тбит/с). Кластеры соединяются с другими чипами через каналы с пропускной способностью до 100 Гбит/с

Кроме того, нейронной сети нужно постоянно передавать в память и получать из нее большое количество данных — в этом отношении HBM была бы побыстрее, чем GDDR5X на GTX 1080. Во второй половине года на рынке ожидается появление ускорителя вычислении под названием Lake Crest, предназначенного для построения ИИ, который анонсировала Intel.

Микросхема Lake Crest будет нести 12 вычислительных узлов, которые Intel называет кластерами, а каждый кластер дробится на несколько ALU, связанных с HBM.

Искусственный интеллект в массы

Sony Xperia XZ Premium — смартфон на процессоре Qualcomm с поддержкой ИИ Snapdragon 835

Оптимизированное под ИИ аппаратное обеспечение уже массово выпускается: например, некоторые смартфоны работают на новом чипе Qualcomm Snapdragon 835, содержащем, помимо ЦП и графического ядра, целый ряд специальных микросхем, одну из которых производитель предназначил для поддержки технологии машинного обучения Google TensorFlow.

При помощи TensorFlow скорость выполнения операций по сравнению с ЦПУ повышается в 25 раз, а по сравнению с графическим ядром — в восемь раз. Google открыла библиотеку TensorFlow для разработчиков примерно год назад, а с начала 2017 года она поддерживается Windows.

Micro Mote — компьютер объемом в
1 кубический миллиметр с собственным ИИ, который умещается на ребре монеты

Использовать оптимизированное под вычисления ИИ «железо» можно и в Интернете вещей — это уже прощупал американский стартап CubeWorks. В рамках проекта Micro Mote разрабатываются компьютеры объемом в кубический миллиметр, которые можно дооснастить микрокамерой или датчиками движения или температуры.

Недавно разработчики представили крошечный компьютер, работающий на процессоре с поддержкой ИИ, с потреблением всего 300 мкВт. Устройство может, например, определить, чем вызван шум за окном — приближением злоумышленника или ветром.

RAISR: увеличение без потерь. Технология Google RAISR, использующая нейронные сети, настолько хорошо увеличивает фотографии, что заменяет любой фильтр, меняющий размер изображений

Присутствие искусственного интеллекта в нашей повседневной жизни подкрепляет не только оптимизация аппаратного обеспечения. Некоторые вычисления можно продолжать оптимизировать только при помощи ИИ. Так, в ноябре Google рассказала о новом алгоритме, предназначенном для увеличения разрешения изображений.

Технология RAISR («быстрый и точный образ в сверхразрешении») использует нейронную сеть и умеет изменять размеры изображения лучше любого из разработанных человеком фильтров.

Разработки по использованию нейронных сетей в кодировании видео уже в ходу — в Google полным ходом идет разработка собственного видеокодека VP10. Если конвертировать фильмы с использованием нейронных сетей, теоретически повысится качество на выходе, поскольку при сжатии видео главная задача заключается в идентификации одинаковых значений цвета и яркости в разных кадрах. Это умеют делать и сложные алгоритмы, но ИИ мог бы дополнительно оптимизировать поиск одинаковых значений под условия определенного фильма.

Человеческие слабости компьютера в социальной дилемме

В игре Wolfpack двум ИИ (красные точки) предлагается поймать добычу (синяя точка). «Волки» могут сотрудничать или охотиться в одиночку, но во втором случае вероятность успеха выше

Могут ли компьютеры врать? Во время обучения генеративных состязательных сетей (GAN) они не то что могут, они должны: GAN — это своего рода война двух нейронных сетей, где одна сеть пытается обмануть другую, предоставляя ей изображения, в том числе сгенерированные, а задача второй — распознать подделку.

Обе сети получают ответ, удался ли обман. Чем дольше они «соревнуются», тем лучше удается одной генерировать, а второй распознавать поддельные изображения. В итоге обе сети с помощью подложных сведений обучаются быстрее, чем с помощью только настоящих фотографий.

Анализ игры показывает, что ИИ быстрее достигают совместных решений, если им предоставляется много вычислительных ресурсов

Еще один способ машинного обучения — reinforcement learning (обучение с подкреплением) — сходится к взаимодействию системы с некоторой средой. Задача ИИ — самостоятельно обучиться правилам игры в своей среде. Компьютерные игры обеспечивают хорошие условия, которые довольно просты, но при этом дают ИИ отклик об успешности принятых им решений.

Подразделение Google DeepMind, занимающееся искусственным интеллектом, раскрутило концепт еще дальше, чтобы посмотреть, как два ИИ будут вести себя в игровой среде, которая будет основываться на социальной дилемме: приведет ли сотрудничество или конфронтация к успеху (см. слева)?

Результат оказался следующим: сотрудничество — более сложный сценарий, предполагающий более длительный процесс обучения. Чем больше ресурсов предоставлялось в распоряжение, тем чаще оба ИИ выбирали эту стратегию.

Аккумуляторы и квантовые точки

Компания Panasonic представила гибкий аккумулятор, который можно носить на теле

Для Интернета вещей компактные аккумуляторы — это необходимость. Какими могут быть миниатюрные элементы питания, можно было увидеть на выставке потребительской электроники CES (см. слева). Гибкий аккумулятор от Panasonic толщиной всего 0,45 мм идеально подходит для носимых устройств. Чтобы обеспечить такую гибкость, компания переупорядочила внутренние компоненты литий-ионного аккумулятора, расположив противоположно заряженные электроды в виде тоненьких слоев один над другим. Заряжается такой элемент «по воздуху».

Panasonic планирует запустить массовое производство своей «крохи» в 2018 году. Еще одна важная область исследований — разработка твердых электролитов. В современных литий-ионных аккумуляторах в качестве электролита используется органическая жидкость, которая при сильном нагреве начинает испаряться, что в итоге разрывает и сжигает аккумулятор. Твердый же электролит в значительной мере мог бы предотвратить короткое замыкание и сгорание.

Телевизионное изображение в чистых цветах

Samsung продает телевизоры на квантовых точках под названием QLED

Индустрия развлечений технически тоже ориентирована на уменьшение структур. Samsung выводит на рынок новую линейку телевизоров с дисплеями на квантовых точках под наименованием QLED.

Квантовые точки — это полупроводниковые кристаллы из металлического сплава размером всего в несколько нанометров, которые излучают энергию в форме света определенной длины волны.

Технология квантовых точек подразумевает преобразование синего свечения светодиодов в красный и зеленый цвета, благодаря чему практически отпадает необходимость в использовании фильтра. QLED — это всего лишь промежуточный шаг на пути к настоящему дисплею на квантовых точках.

Квантовые точки — это нанокристаллы, которые излучают свет определенной длины. Цвет зависит от размера: синие квантовые точки состоят всего из нескольких атомов

Конечный этап предполагает наличие квантовых точек не только для красного и зеленого, но и для синего света, однако тут производители вынуждены искать решение по увеличению долговечности материала.

В итоге квантовые точки должны сами излучать свет под воздействием тока, и тогда можно будет совсем отказаться от фильтра. По прогнозам Samsung, технический прорыв возможен не ранее 2019 года.

Разработка компьютеров будущего — ComputerFuture

Компьютерная техника совершенствуется такими темпами, что обыватель не успевает следить за новинками, постоянно появляющимися на рынке. Даже эксперты, знающие компьютерные технологии изнутри, говорят, что сейчас наблюдается только начало прогресса, и в будущем нас ждет еще немало интересных открытий и новых сюрпризов. Но пытаясь чуть приоткрыть завесу тайны, мы обычно натыкаемся на глухую стену молчания. Коммерческая тайна, отсутствие видимых результатов передовых исследований, боязнь ушлых конкурентов – любой из этих факторов может стать причиной подобной секретности. Но все же некоторые сведения удалось узнать, и предлагаемый ниже обзор позволит наиболее любознательным пользователям прочесть о том, какие новые открытия компьютерной сферы ждут нас в ближайшее время. 
Все силы ведущих специалистов сегодня сосредоточены на дальнейшем увеличении мощности компьютеров и их производительности. Казалось бы, куда же еще быстрее – ведь о сегодняшней скорости еще 10 лет назад приходилось только мечтать. Однако как известно у совершенства нет предела, и в настоящее время лучшие умы заняты тем, что выбирают новые способы увеличить обрабатываемую мощность персональных компьютеров. При этом ставка делается на молекулярные и атомные технологии, биологические разработки в сфере ДНК, квантовые технологии, подразумевающие задействование в работе элементарных частиц. Необходимо отметить, что сегодня исследования ведутся сразу по всем указанным направлениям, и если одному из них удастся вырваться вперед, сфера применения компьютерной техники будет расширена на несколько сотен процентов, и машины будут использоваться практически повсеместно, полностью избавляя человека от тяжелого труда в различных областях промышленности. 

Основное направление, по которому сегодня происходит совершенствование компьютерной техники, — это традиционные связь и машиностроение, а также – биотехнологии. Планируется, что последние, с помощью ПК смогут создавать искусственные импланты, ткани органов для пересадки и даже – «искусственный разум», способный помочь человеку в решении ряда рутинных задач. Говорят, что если компьютерная техника будет развиваться сегодняшними темпами, через 50 лет человечество станет свидетелем появления компьютера, разум которого не будет уступать разуму человека по скорости обработки информации — более 20000000 миллиардов операций в одну секунду. Пока неизвестно, какое применение найдет себе искусственный мозг в повседневной деятельности, и насколько оправданы огромные вливания в его создание. Тем не менее, работы в указанном направлении ведутся, и ученые крайне осторожно сообщают о скромных результатах, не желая опережать события. 

IBM разрабатывает компьютеры будущего

В совместном исследовательском центре (IBM-Stanford Spintronic Science and Applications Center, SpinApps) будут работать более десятка профессоров из Стэнфорда и такое же количество специалистов IBM. Финансирование исследовательских проектов будет осуществляться как учредителями центра, так и другими структурами — агентством DARPA (перспективные оборонные проекты), министерством энергетики, а также национальным научным фондом США. Квантовое свойство электрона под названием «спин» может иметь два состояния, условно называемых «верх» и «низ». В принципе, спин мог бы играть в устройствах нового типа ту же роль, которую в современной электронике играет электрический заряд. Только в отличие от электрического заряда, «создающего» электрический ток, спин будет определять магнитные свойства вещества. Для спинтронных устройств необходимо разработать новые материалы, состоящие из слоев толщиной до двух-трех атомов. Если это удастся, перед учеными откроются захватывающие дух перспективы. Например, спинтронные головки смогут радикально преобразить дисковые накопители. По словам Майка Росса (Mike Ross), представителя исследовательского центра IBM в Альмейдене, чувствительные магнитные датчики, уже разработанные в IBM, позволили обеспечить сорокакратный рост емкости устройств хранения данных за последние семь лет, и это, по всей видимости, еще далеко не предел. Еще одна область, в которой спинтроника сможет громко заявить о себе — это магнитная память MRAM (Magnetic RAM). По сравнению с уже существующей «быстрой» оперативной памятью (SRAM, SDRAM и т.д.), она обладает важным преимуществом — потенциальной «нестираемостью». В MRAM информация сможет сохраняться даже после отключения питания компьютера. Также компьютеры со спинтронной памятью будут отличаться большей емкостью, быстродействием и потреблять при этом меньше энергии. Технология, позволяющая произвольным образом управлять спином, открыла бы путь к созданию также и новых типов электронных устройств — настраиваемых логических элементов, «теплых» сверхпроводников, а также вожделенных квантовых компьютеров. Правда, по мнению специалистов, путь к ним не близок. Первые образцы «спинтронной» продукции — от цифровых видеокамер до мгновенно «загружающихся» компьютеров — вероятно, не смогут появиться на рынке, по крайней мере, в ближайшие пять лет.

Компьютеры ближайшего будущего: 5 концептуальных проектов

Обычно концептуальными проектами называют прототипы устройств, которые пока ещё далеки от серийного производства или которые даже могут вообще никогда не появиться на свет. Однако за последние годы на крупных международных выставках электроники сложилось негласное правило демонстрировать необычные продукты, продажи которых готовы начаться в самое ближайшее время. Не стала исключением и выставка CES 2014, проходившая в январе во всемирной столице развлечений Лас-Вегасе. Вот пять концептов, показавшихся нам особенно любопытными и вот-вот могущих появиться на прилавках магазинов.

1. Razer Project Christine

«Проект Кристина» — разработка известнейшего производителя игровых компьютерных манипуляторов и самих игровых компьютеров американской компании Razer. Это одна из тех фирм, которые дают нам почувствовать настоящий «вкус будущего» — или, говоря сухим языком, настоящую инновационность. Доказательством тому могут служить практически любые изделия под маркой Razer. Достаточно вспомнить концептуальный контроллер Artemis для авиасимуляторов, игровой ноутбук Blade Pro или игровой планшет Edge Pro под управлением Windows 8. Всё это передовые разработки, совмещающие привычные формы с непривычной функциональностью или, наоборот, наполняющие обычными функциями необычные формы. Project Christine как раз из числа последних.

«Кристина» представляет собой модульный персональный компьютер, который собирается из отдельных блоков, устанавливаемых в специальную раму. Начинка такой машины может быть любой, то есть нет никаких ограничений по выбору процессоров, памяти, графических ускорителей, накопителей, блоков питания и прочих комплектующих. При этом сами модули могут устанавливаться и заменяться за считаные секунды.

В середине рамы Project Christine устанавливается блок управления с сенсорным экраном, на который выводятся сведения о каждом из модулей — от температуры и тактовой частоты процессора до настроек RAID-массива и выбора операционной системы. И, конечно же, через этот блок доступны самые широкие возможности разгона системы.

Отдельного внимания заслуживает реализованная в Project Christine система охлаждения: в модулях применяется жидкостная система на основе минерального масла, которая при установке блоков в раму работает во взаимодействии со встроенной в неё центральной водяной системой охлаждения. Эффективность такой схемы настолько высока, что конструкторам удалось сделать её полностью бесшумной, и это ещё один её плюс.

Одно из принципиальных свойств проекта «Кристина» заключается в том, что пользователь, по крайней мере теоретически, может мгновенно изменять конфигурацию своего компьютера в зависимости от возникающих задач. Пара движений — и перед нами рабочий компьютер под управлением Linux с пакетом офисных программ. Ещё пара манипуляций — и в нашем распоряжении терминал, настроенный для безопасного интернет-сёрфинга. Меняем ещё несколько блоков — и получаем мощную игровую машину с парой видеокарт и последней версией Windows. И всё это великолепие эффективно охлаждается профессионально сконструированной и бесшумной жидкостной системой.

Project Christine стал настоящим хитом CES 2014: как саму идею, так и элегантность её реализации оценили все, ком довелось увидеть эту машину. Но насколько коммерчески успешным будет такой продукт сегодня — большой вопрос: для значительной части пользователей компьютеры превратились просто в ещё один бытовой прибор с заведомо избыточной производительностью. По сравнению с началом двухтысячных сегодня очень немногих интересует обладание самым-самым мощным процессором и лучшей в мире видеокартой, большинство же вряд ли даже сможет назвать хотя бы примерную конфигурацию своего нынешнего компьютера. Впрочем, продукция Razer изначально ориентирована на специфический контингент, для которого всё это до сих пор имеет принципиальное значение и который не пожалеет трудовой копейки за самое навороченное железо.

Точной даты начала серийного производства Project Christine объявлено не было: на сайте Razer предлагается подписаться на получение дополнительной информации. Но, судя по интересу, проявленному к этому проекту на CES 2014, у него есть все шансы не только появиться на свет, но и сделать это в ближайшем будущем.

2. Toshiba 5-in-1

После выхода первого Microsoft Surface RT в октябре 2012 года каждый уважающий себя производитель компьютеров считает своим долгом разработать собственный гибридный планшет под управлением Windows RT: сегодня речь идёт уже о версии 8.1. При этом иногда у конструкторов получаются довольно странные изделия, как, например, прошлогодний Acer Aspire R7 — 15,6-дюймовый ноутбук, способный превращаться в трансформер, планшет и даже в десктоп.

В этом году поразить посетителей CES решили в компании Toshiba, которая продемонстрировала концептуальный гибрид 5-in-1, то есть «пять в одном». Как и Acer R7, он притворяется обычным лэптопом, но при этом способен становиться трансформером, планшетом с беспроводной Bluetooth-клавиатурой, монитором для презентаций, а также планшетом для рисования, при котором сенсорный экран располагается перед пользователем под углом в 270 градусов.

В отличие от громоздкого Acer R7, это настоящий планшет: тонкий, лёгкий и практичный. К тому же в комплект поставки входит электронное перо, позволяющее пользоваться продвинутыми пакетами для создания и редактирования изображений.

Как и Razer, Toshiba пока не объявляла ни цены, ни даты официальной презентации этого устройства, но поскольку уже в январе существовало достаточное количество готовых экземпляров, предоставляемых для тестирования, можно предположить, что совсем скоро оно появится в продаже.

3. Asus Transformer Book Duet TD300

Тайваньская компания Asus — не только один из крупнейших мировых производителей ноутбуков, но и ведущий разработчик планшетов-трансформеров на платформе Android. Показанный на CES 2014 концепт — полноценный гибрид этих двух совершенно разных продуктов. Впрочем, по внешнему виду его вполне можно спутать с MacBook Air, но это лишь на первый взгляд.

Transformer Book Duet — это одновременно и ноутбук под управлением «полноценной» Windows 8.1 Standart, и планшет со съёмной клавиатурой на базе Android 4.2.2, причём переключение между этими ОС занимает считаные секунды, и для этого достаточно нажатия одной кнопки. Фирменная технология Instant Switch обеспечивает полный доступ каждой системы ко всем аппаратным ресурсам, причём при переключении делается «снимок» состояния предыдущей ОС — и при повторном переключении вы возвращаетесь к тому же самому месту, на котором закончили свою работу.

Начинка Transformer Book Duet совсем не планшетная, а совершенно ноутбучная: это процессор Intel Core i3, i5 или i7 и 4 Гбайта оперативной памяти DDR3. В планшетной «половинке» прячется SSD-накопитель ёмкостью до 128 Гбайт, в клавиатурной — винчестер объёмом до 1 Тбайта. 13,3-дюймовый сенсорный дисплей работает с разрешением 1366×768 точек или Full HD (1920×1080).

Собственно говоря, Transformer Book Duet уже не концепт, а официально представленный продукт, который в ближайшее время появится в магазинах. При этом базовые цены должны быть весьма разумными: за версию с экраном низкого разрешения будут просить от $600, за модификацию с дисплеем Full HD — от $700.

4. Sony Life Space UX

Строго говоря, Sony Life Space UX — это не персональный компьютер, хотя, безусловно, компьютер. Life Space UX — это, прежде всего, ультракороткофокусный видеопроектор с разрешением 4K, способный выводить картинку с диагональю до 147 дюймов с минимального расстояния до стены. Да, речь идёт не об экране, а именно о стене дома или квартиры, и здесь мы приходим ко второму значению названия Life Space UX, под которым в Sony понимают принципиально новый пользовательский интерфейс, объединяющий проекционно-сенсорные технологии и физические стены помещения.

Проектор Life Space UX — лишь одна из множества возможных реализаций этого интерфейса. Он способен не только демонстрировать огромные изображения на стенах обычной комнаты, но и обеспечивать обратную связь: за счёт применения датчика глубины эти изображения становятся интерактивными. То есть любая стена, стол или другая ровная поверхность тем самым превращается в проекционный экран или в гигантский планшет: совсем недавно что-то подобное можно было увидеть только в научно-фантастических фильмах. При этом для формирования изображения с большой диагональю вам не понадобится самолётный ангар: проектор можно устанавливать практически вплотную к стене, и это само по себе уже весьма впечатляет.

Концепция Life Space UX предполагает создание выполненных в едином дизайне устройств, замаскированных под модную мебель с использованием алюминия, среди которых проектор, громкоговорители и специальные тумбы для прочей аппаратуры.

Видеопроектор Life Space UX предназначен для работы с игровой приставкой PlayStation 4, а также с фирменным облачным сервисом Gaikai, перезапуск которого ожидается в ближайшем будущем. Сам проектор появится в продаже уже летом этого года и будет стоить примерно $30-40 тыс. За эти деньги вы получите поистине уникальный игровой интерфейс и веб-телевидение, поэтому вполне возможно, что Life Space UX со временем действительно изменит наше представление о домашних электронных развлечениях.

5. RoboThespian

Ещё один впечатляющий концепт, продемонстрированный на CES 2014, на вид совершенно не похож на персональный компьютер, но всё-таки им в полной мере является. RoboThespian — воплощение своеобразного британского юмора, антропоморфный робот-актёр ростом с человека, который работает на основе обычного персонального компьютера и способен в некотором смысле общаться с окружающими.

Это уже третье поколение RoboThespian, умеющее по-всякому развлекать публику: актёрствовать, петь, танцевать и лицедействовать самыми разными способами, реагируя на просьбы и задания. Компания-разработчик Engineered Arts Limited продаёт даже целые комплекты из трёх андроидов, сцены с освещением и озвучкой и программным обеспечением под названием «Театр роботов». К комплекту прилагается одно полноценное представление, а в остальном дело за творчеством покупателей.

Робота RoboThespian можно приобрести примерно за £55 тыс. (около $90 тыс.), что, конечно, немало за манерно кривляющуюся говорящую машину. Но если вы увидите, как она это делает, то наверняка согласитесь, что оно того стоит.

Какими будут компьютеры и электроника в ближайшем будущем по версии Intel [IDF 2015]

На открытии конференции IDF 2015 генеральный исполнительный директор Intel Брайан Кржанич (Brian Krzanich) рассказал о том, как его компания представляет себе ближайшее будущее компьютеров и электроники в целом. Свои прогнозы в Intel сформулировали в трёх пунктах:

1. Устройства научаться слышать и обретут зрение;
2. Все устройства станут умными и будут подключены к интернету;
3. Компьютеры смогут расширить возможности человека.

Давайте подробнее рассмотрим, что же именно видит Intel за этими прогнозами.

Устройства научаться слышать и обретут зрение

В Intel считают, что в ближайшем будущем компьютер должен научиться слышать человека так, как люди слышат друг друга. При этом в компании считают, что общение с машиной должно походить на живой разговор. Для этого в Intel разработали технологию Intel Smart Sound, а также отдельный DSP (цифровой сигнальный процессор) с функцией Wake-on-Voice для чипов Intel Skylake.

Совместная работа с Microsoft позволила Intel уже сегодня научить компьютеры на Windows 10 постоянно слушать пользователя. Благодаря этому, для активации виртуального помощника Cortana не нужно нажимать отдельную кнопку, а можно сделать это голосом.

Совместно с Google компания Intel разработала технологию, которая убирает задержку вывода звука при касании к экрану смартфона или планшета на платформе Intel с Android 5.0 и выше. Это позволит разработчикам создавать новые музыкальные приложения, например, виртуальное пианино, которое будет воспроизводить звук без задержек.

Что касается компьютерного зрения, то в этом году Intel начинает активное продвижение технологии RealSense, а также 3D-камер для неё. Благодаря этой разработке компьютеры, смартфоны и планшеты на платформе Intel с 3D-камерами смогут сканировать объекты в 3D, распознавать лица пользователей и в целом видеть мир ближе к тому, как его видит человек. Уже сегодня технологию RealSense можно использовать для сканирования объектов в 3D с последующей их печатью на 3D-принтере, а также для переноса вещей из реального мира в виртуальный, например, в игры.

Начиная с IDF 2015 компания Intel значительно расширит поддержку RealSense для сторонних платформ. Благодаря чему разработчики смогут использовать её с Android, Windows, Mac OS X, ROS, Linux, Scratch, Unity, XSplit, OBS, Structure SDK, OSVR, Unreal Engine 4 (UE4) и Project Tango.

Одним из примеров того, как технология Intel RealSense может быть использована в робототехнике, стал робот-дворецкий Savioke relay. В нём камера с RealSense используется для того, чтобы робот лучше ориентировался в пространстве и мог распознавать людей.

Кроме этого, Intel планирует использовать RealSense в дронах, что также позволит им стать более автономными, облетать препятствия и избегать столкновений.

Ещё одним интересным применением Intel RealSense являются игры. И не только в плане упомянутого выше переноса в них вещей из реального мира. В процессорах Skylake появилась поддержка датчиков, которые могут использоваться для создания обратной связи на игровом контроллере. Но кроме этого, новые процессоры поддерживают отслеживание взгляда игрока через камеру RealSense, и это позволит менять сцену в играх, в зависимости о того, куда пользователь поворачивает голову.

Во время своего выступления Брайан Кржанич также объявил, что технология Intel RealSense будет использоваться в проекте Google Project Tango.

Напомню, что данная разработка Google представляет собой аппаратно-программную платформу, предназначенную для создания 3D модели окружающего мира с помощью смартфона. Использование технологии Intel RealSense и новых 3D-камер позволило внести в Project Tango ряд улучшений. Прототип смартфона на основе этой разработки не только быстрее и точнее стал сканировать окружающее пространство, но теперь он также понимает в каком именно положении и по какой траектории он в нём двигался.

И всё это работает без использования GPS, а только на основе датчиков и камер.

Все устройства станут умными и будут подключены к интернету

На IDF 2015 Брайан Кржанич анонсировал дальнейшее развитие «Интернета вещей» (Internet of Thing, IoT), толчок которому задаст платформа Intel IoT. Она объединяет в себе возможность собирать данные с разнообразных устройств и датчиков, контролировать их работу, обрабатывать информацию и отправлять её в облако.

В качестве одного из примеров того, как окружающие нас вещи могут стать умнее, Intel показал умное зеркало Memory Mirror от Memomi Labs. Оно предназначено для использования в магазинах одежды, и может запоминать пользователя и вещи, который тот примеряет.

После чего зеркало помогает сравнить вещи и даже может менять их цвет на лету. В Memory Mirror используется камера с технологией RealSense и IoT платформа от Intel.

Ещё один пример «Интернета вещей» от Intel — это умная клипса Nabi, которая цепляется к детскому автокреслу, оснащается датчиками и подсоединяется к смартфону через Bluetooth.

Основное предназначение этого устройства, сделать так, чтобы люди не забывали детей в автомобилях. Несмотря на всю курьезность такой ситуации, в год фиксируется множество подобных случаев, и некоторые из них действительно приводят к трагическим последствиям. Если водитель выходит из авто и отходит от него на определённое расстояние, а ребёнок продолжает сидеть в машине, Nabi начинает подавать звуковой сигнал на смартфон. В продажу устройство должно поступить уже в конце этого года по цене около $50.

Компьютеры смогут расширить возможности человека

В начале этого года, компания Intel показала миниатюрный модуль Intel Curie, который содержит:

— Маломощный 32-разрядный микроконтроллер Intel Quark
— 384 Кбайт флеш-памяти, 80 Кбайт памяти SRAM
— Маломощный интегрированный концентратор датчиков DSP с проприетарным ускорителем сопоставления образцов
— Модуль Bluetooth
— 6-осевой комбинированный датчик с акселерометром и гироскопом
— Блок зарядки аккумулятора (PMIC)

По словам Брайана Кржанича, Intel Curie сделает носимую электронику массовой и в частности позволит сделать спорт более цифровым. В качестве примера Intel показал на IDF велосипед BMX с сенсорами на основе Curie.

Это позволяет велосипедисту собирать и анализировать данные о движении велосипеда или исполняемых на нём трюках.

Кроме этого, выход на рынок умных носимых устройств анонсировала Fossil Group, которая производит часы для таких брендов как Adidas, Emporio Armani, Karl Lagerfeld, Michael Kors, Marc by Marc Jacobs, Burberry, DKNY, Diesel и Armani Exchange. В планах Fossil выпустить в этом году умные часы и фитнес-браслет на платформе Intel.

Послесловие

Несмотря на то, что Брайан Кржанич говорил о будущем, технологии, которые могут позволить воплотить все три прогноза в реальность у Intel уже есть. По моему мнению, «Интернет вещей» и носимые компьютеры пока не имеют устойчивой модели использования, но вот Intel RealSense уже сегодня выглядит многообещающей технологией. Предоставление компьютеру или смартфону возможности захватывать изображения в 3D и на лету их обрабатывать открывает много возможностей для реализации, как дополнительной безопасности, так и развлекательных функций. Но ещё интереснее использование RealSense выглядит в роботах и дронах, которые с её помощью действительно могут стать автономными.

2030: как будут выглядеть ПК в следующее десятилетие?

Вы можете взглянуть на ноутбук десятилетней давности, взглянуть на современные модели и задаться вопросом: что на самом деле изменилось? Ответ, как это ни парадоксально, довольно много.

Если десять лет назад вы прикоснулись к экрану ноутбука, вас, скорее всего, отругали бы за то, что он размазал на нем отпечатки пальцев. Сегодня ноутбуки с сенсорными экранами стали нормой, и они породили целый жанр нестандартных гибридных дизайнов, таких как семейство Microsoft Surface.В настоящее время преобладают твердотельные накопители; традиционные USB-порты быстро уходят в прошлое; а тонкость сегодняшних устройств резко контрастирует с их пухлыми предшественниками.

Многое изменилось, но уже в следующем десятилетии мы обещаем еще больше инноваций, если в этом году пройдет выставка Consumer Electronics Show (CES). Мы собираемся изучить, что ждет ПК в 2020-х годах, от складных ноутбуков до устройств, управляемых искусственным интеллектом (ИИ), которые могут сигнализировать об окончании работы клавиатуры и мыши.

Согни меня, придай форму

Одна из самых больших тенденций на рынке ПК в этом десятилетии — уже в этом году — это складные дисплеи. Мы уже видели эластичные панели в телефонах, таких как Samsung Galaxy Fold и Motorola, перезагрузившая легендарный Razr, а теперь гибкие экраны становятся еще больше.

На выставке CES в январе Lenovo продемонстрировала свой первый гибкий ноутбук ThinkPad, который с гордостью назвал «первым в мире складным полнофункциональным ПК». Предполагаемый к выпуску в середине 2020 года предсказуемо дорогой ThinkPad X1 Fold имеет 13 баллов.3-дюймовая панель POLED («p» означает пластик), которую можно использовать в плоском виде, как планшет, или сложить в привычное для ноутбука положение. Lenovo включает в себя продуманную клавиатуру Bluetooth половинной ширины для использования в дороге, но ничто не мешает вам подключить полноразмерную клавиатуру и мышь, а устройство даже поддерживает дополнительные дисплеи через USB-C.

Другие громкие имена рекламировали складные ноутбуки на выставке, хотя они не так быстро поступят на рынок. У Dell Concept Ori есть экран, который изгибается внутрь, чтобы позволить устройству переключаться между несколькими режимами, как и концепция Intel Horseshoe Bend, которая основана на новой 10-нм архитектуре Tiger Lake и имеет гораздо больший 17.3-дюймовая податливая панель. Ни у одного из них нет точной даты выпуска, но этот необычный форм-фактор, вероятно, станет более привычным в ближайшие несколько лет.

В то время как гибкие дисплеи вряд ли станут нормой в 2020 году, некоторые OEM-производители выбрали другой подход — тот, который угрожает более быстрыми потрясениями в отрасли. Microsoft, например, продемонстрировала в прошлом году свою собственную «складную» модель Surface Neo; Вместо использования гибкой панели дисплея гаджет Windows 10X имеет пару экранов, соединенных шарниром, чтобы напоминать книгу.Хотя это, возможно, больше эволюция тенденции вторичного экрана 2019 года, чем что-то действительно новаторское, этот промежуточный вариант, вероятно, окажет более непосредственное влияние.

«Гибкие дисплеи станут стимулом для множества экспериментов с форм-факторами, но потребуется время для повышения стоимости и надежности, чтобы достичь точки, позволяющей выйти за рамки ниши премиум-уровня», — сказал Джефф Блабер, вице-президент CCS Insight по исследованиям. «Потребуется время, чтобы решить проблемы стоимости и долговечности.В ближайшем будущем появятся сдвоенные складывающиеся дисплеи, которые станут новой фазой инноваций в форм-факторе ».

Другие рассматривают концепцию двойного экрана в другом направлении. Lenovo, которая впервые представила ноутбук с дисплеем E Ink в 2018 году с Yoga Book C930, в 2020 году продвинется дальше с ThinkBook Plus, ноутбуком обычного вида с дисплеем E Ink, встроенным в его крышку. Lenovo утверждает, что это не только позволяет вам настроить свой ноутбук с помощью ряда статических изображений, но также дает пользователям временный блокнот и оперативную информацию, такую ​​как встречи в календаре и сообщения.

Но Blaber по-прежнему не убежден, что второе пришествие дисплеев E Ink будет более успешным, чем первое. «Дисплеи E Ink — это область экспериментов, которые вряд ли получат успех по причинам стоимости и полезности», — сказал он.

Asus также является лидером среди ноутбуков с двумя экранами. Компания уже выпустила две версии Asus ZenBook Pro Duo, которые дополняют основной экран вторым дисплеем полной ширины, но половинной высоты, который находится над клавиатурой. Вы можете купить 14-дюймовую версию Full HD примерно за 1350 фунтов стерлингов или более мощную 15-дюймовую.6-дюймовый Ultra HD за 2199 фунтов стерлингов.

Тогда возникает вопрос: зачем вам это нужно? Asus утверждает, что существует несколько сценариев, в которых такая установка может быть полезна: кодировщики хотят видеть код на одном экране и конечный результат на другом; студенты могут сохранять справочную информацию на дополнительном экране во время работы над диссертацией; видеоредакторы могли помещать временную шкалу на один экран, а вывод — на другой.

Настоящий карманный компьютер?

Так же, как лучшая камера — это та, которая у вас есть, лучший компьютер, который у большинства из нас есть под рукой, — это наш телефон.В течение последнего десятилетия производители ноутбуков пытались сделать свои продукты более похожими на планшеты; В следующем десятилетии производители могут сделать ноутбуки больше похожими на телефоны.

Не то чтобы дизайн ноутбука не сильно заимствовался у мобильных устройств: такие функции, как сенсорные экраны, распознавание лиц, время автономной работы в течение всего дня и постоянное подключение, становятся все более обычным явлением для современных ноутбуков.

Между тем некоторые производители пытались сделать смартфоны более похожими на ПК. Платформа Samsung DeX, например, превращает высокопроизводительные телефоны компании в импровизированный настольный ПК, позволяя пользователям подключать к нему монитор, клавиатуру и мышь.В 2018 году Razer представила рабочий ноутбук с любопытным названием Project Linda, работающий от телефона Razer, и Palm и Motorola предприняли аналогичные усилия, но без массового успеха.

Малини Пол, старший аналитик IDC, говорит, что «маловероятно», что такие системы, как DeX, заменят обычные ПК. «Тем не менее, мы можем ожидать увеличения вычислительной мощности в портативных форм-факторах меньшего размера, с дисплеями, которые можно использовать в качестве автономных устройств или пристыковывать для подключения к монитору для полноценного использования рабочего стола», — сказал Пол.

Вместо того, чтобы отказываться от ПК в пользу универсального смартфона, вполне вероятно, что ваш рабочий стол станет более привязанным к вашему портативному устройству. Приложение Microsoft Your Phone и функция непрерывности macOS уже позволяют вам аутентифицироваться, отвечать на телефонные звонки, отправлять сообщения или легко делать фотографии и переносить их на рабочий стол. Этот союз смартфона и настольного компьютера, вероятно, является шагом вперед, по крайней мере, на следующие несколько лет.

«Вполне вероятно, что разработки и инновации смартфонов повлияют на характеристики и форм-факторы ноутбуков в течение следующего десятилетия, от исчезновения шнуров питания до бесшовной мобильной связи через LTE / 4G и 5G», — сказал Рахул Варма, директор отдела вычислений с большим экраном ARM. Сегмент.«Я верю, что ноутбуки 2020-х годов будут по-настоящему мобильными во многих отношениях».

Windows в будущее

По мере развития аппаратного обеспечения в ближайшее десятилетие, конечно же, должно быть и программное обеспечение, на котором оно работает. Видение будущего Microsoft для Windows уже начинает становиться очевидным. Например, компания Windows 10 на базе операционной системы ARM рекламирует функциональность «мгновенного включения» и поддержку 4G, что снова свидетельствует о медленном переходе от смартфона к настольному ПК.

AI — еще одно важное направление как для Windows, так и для macOS, а также быстро развивающаяся область технологической индустрии.Хотя Cortana и Siri по-прежнему занимают второстепенное место в операционных системах Microsoft и Apple, эта встроенная поддержка цифровых помощников может быть признаком того, что будет в следующем десятилетии; Помимо лайных команд на вашем компьютере, мы можем войти в будущее, в котором мы сможем полноценно общаться с нашими устройствами.

Если придерживаться концепции Intel «окружающей» реки Mohawk River, компьютеры могут даже предсказывать наши действия, уменьшая нашу зависимость от мыши и клавиатуры; этот прототип машины, который, по заявлению Intel, демонстрирует «интеллект будущего», останется включенным в закрытом состоянии, будет ловко обнаруживать, когда его владелец находится поблизости, и — благодаря множеству датчиков — знать, какие задачи владельцы хотят выполнять.

Однако, хотя ИИ, вероятно, будет играть большую роль в ближайшие несколько лет, мало кто думает, что он станет основным механизмом управления ПК. Генеральный директор платформы диалогового ИИ ServisBOT Катал МакГлоин ожидает, что в ближайшее десятилетие мы будем больше разговаривать с неодушевленными объектами, в том числе с нашими ПК, но наше голосовое и текстовое взаимодействие станет более смешанным. Таким образом, пользователи могут начинать взаимодействие или транзакцию голосом и беспрепятственно переключаться на вводимые команды и обратно.

«Только голос не является достаточным каналом для многих случаев использования естественного языка, которые, как мы предполагаем, будут приняты на потребительском или корпоративном рынке», — сказал МакГлойн.«Несмотря на технологические достижения в области распознавания речи и обработки естественного языка, все еще существует множество препятствий, которые необходимо преодолеть, прежде чем пользователь ПК будет полагаться исключительно на голосовые команды для доступа к информации, создания документов, заполнения форм, запроса информации об учетной записи или транзакций.

«Проблемы конфиденциальности, а также недостаточная зрелость технологий распознавания голоса и естественного языка по-прежнему вызывают необходимость в ПК, чтобы обеспечить ввод с клавиатуры и рабочие процессы, управляемые мышью.”

Звонок по вопросам безопасности

Ожидайте, что безопасность также будет в центре внимания будущих операционных систем. По мере того, как взломы и утечки данных продолжают расти, Apple и Microsoft стремятся усилить свою встроенную безопасность. «Хотя можно с уверенностью ожидать некоторых изменений внешнего вида ПК, благодаря таким вещам, как складные дисплеи, возможно, более важное изменение будет в возможностях аутентификации и безопасности на стороне клиента в следующем поколении этих устройств», — пояснил Эндрю Шикиар, исполнительный директор Альянса FIDO.

«Подобно тому, как биометрические датчики стали функцией по умолчанию на мобильных телефонах, мы увидим то же самое на ПК, особенно потому, что операционные системы зависят от этих компонентов для более безопасной разблокировки устройств и, в конечном итоге, для безопасной аутентификации в онлайн-сервисах. ”

В то время как Windows и macOS, как ожидается, продолжат доминировать в сфере ОС в течение следующего десятилетия, настоящие инновации будут происходить не здесь, не в последнюю очередь, по словам Эрика Смита, директора по подключенным вычислительным устройствам (CCD) в Strategy Analytics. .«Mac и Windows по-прежнему будут обслуживать в основном те же рынки и в тех же ценовых диапазонах в течение следующих десяти лет, но настоящий фейерверк будет в том, как изменятся iPadOS, Android и Chrome за это время», — сказал он. «Apple превращает iPadOS в вычислительную платформу, а не в непринужденную повседневную среду. Google объединит Android и Chrome в свою ОС Fuchsia в попытке отразить то, чем становится iPadOS ».

Не исключено, что границы между мобильной и настольной ОС могут полностью стереться.Apple намекнула, что может отказаться от традиционного программного обеспечения для настольных ПК в пользу универсальной ОС, которая будет работать на всех устройствах компании. Его инициатива Project Catalyst, например, позволяет разработчикам легко переносить приложения между iPadOS и macOS, а поскольку компания, как сообщается, готовится к запуску своих первых MacBook на базе ARM, вскоре мы можем увидеть слияние macOS и iOS.

Бьющееся сердце

Процессор останется бьющимся сердцем ПК, и с возрождающейся AMD, подталкивающей Intel, мы можем ожидать ускоренного развития и в этом компоненте.

В ближайшем будущем Intel представит свои первые 10-нм процессоры для настольных ПК после семи лет выпуска 14-нм продуктов, основанных на архитектуре Skylake. И это необходимо, потому что архитектура AMD Zen 2, основанная на 7-нанометровом производственном процессе, в настоящее время выигрывает битву. Чтобы понять, что мы имеем в виду, просто обратитесь в нашу лабораторию по рабочей станции на стр. 76.

Плохая новость для Intel и отличная новость для всех остальных заключается в том, что AMD собирается выпустить свое ядро ​​Zen 3 в конце этого года. Мы еще не знаем, какие улучшения производительности это принесет, и нам, вероятно, придется подождать до 2021 года, чтобы увидеть чипы для настольных ПК и ноутбуков на его основе (AMD сначала вносит новые архитектуры в свои серверные чипы Epyc), но если Zen 2 есть что-то, чего мы ждем к тому времени.

AMD также анонсировала свои процессоры Ryzen 4000 для ноутбуков на выставке CES. Основанные на 7-нм ядрах Zen 2, эти чипы обещают более высокую тактовую частоту, лучшую энергоэффективность и еще больше ядер. Впервые AMD надеется, что у нее есть ноутбук, который сможет составить конкуренцию Intel.

Таким образом, мы почти не сомневаемся, что AMD будет гораздо большим конкурентом Intel в области x86, как это традиционно предпочитает Windows. Большой вопрос в том, окажут ли чипы на базе ARM, вместе с Windows для ARM и все, что производит Apple, значительную вмятину.

Одно можно сказать наверняка: наши процессоры и дальше будут становиться меньше и эффективнее. В ноябре 2019 года производитель микросхем TSMC заявил, что его первые 5-нм процессоры находятся на пути к выпуску 2020 года, что приведет к увеличению мощности на 15% и снижению энергопотребления на 30%.

Storage также выглядит готовым к встряске 2020-х годов, и эксперты ожидают появления более дешевых твердотельных накопителей, которые будут быстрее и по емкости, чем традиционные жесткие диски. Фактически, жесткий диск очень скоро может вообще исчезнуть с внутреннего рынка, застигнутый клещами между твердотельными накопителями и облаком.«В связи с резким снижением цен на твердотельные накопители с 3 квартала 2018 г. весьма вероятно, что в будущем на рынке систем хранения для ПК будет очень мало места для жестких дисков [жестких дисков]», — сказал Малини Пол из IDC. «Кроме того, с ускорением внедрения облачного хранилища отпадет необходимость в установке больших накопителей на ПК, поскольку файлы могут храниться в облаке, а локальные диски могут повысить производительность».

ПК 2030 года

Мы вступаем в период интенсивных инноваций в аппаратном обеспечении ПК.В течение следующих десяти лет наши машины станут еще тоньше и легче, быстрее и мощнее, а также станут более похожими на наши смартфоны, чем когда-либо прежде. Многие считают, что именно этот последний момент окажет наибольшее влияние на рынок, поскольку потребители и компании ищут возможности более мобильного взаимодействия.

Поскольку 2020 год уже показывает нам, будет больше возможностей помимо традиционных ноутбуков, устройств 2-в-1 и съемных устройств, будь то действительно гибкие дисплеи или устройства с двумя экранами, и также ясно, что, хотя Маловероятно, что ИИ станет основным входом для операционных систем, к 2030 году мы будем гораздо больше полагаться на интерфейсы, не связанные с клавиатурой, такие как голос.

На этот раз, десять лет назад, многие в технологической индустрии, в том числе Стив Джобс, когда он представил iPad в 2010 году, хвалили идею о том, что ПК в том виде, в каком мы их знаем, вымрут к 2020 году, но никуда не денутся. Быстро развивающиеся инновации за последнее десятилетие обеспечили, что, несмотря на то, что все мы носим мощные устройства в карманах, ПК по-прежнему процветает, и с этими передовыми разработками, которые будут продолжаться в течение 2020-х годов, впереди еще одно десятилетие прогресса.

Рекомендуемые ресурсы

Формируя рабочие места будущего

Принимайте вызов

Загрузить сейчас

Обеспечивая гибридное будущее

Руководство по созданию новых рабочих практик

Загрузить сейчас

Семь шагов к успешным цифровым инновациям и трансформации

Что делать инвестировать и чего избегать при проведении цифровой трансформации

Смотреть сейчас

Защитите свою организацию от развивающихся атак программ-вымогателей

Узнайте, что нужно сделать для снижения рисков и повышения операционной устойчивости

Загрузить сейчас

Компьютеры будущего | Будущее компьютерных технологий

64 новый 16

На картинке выше изображена передняя панель моего самого первого компьютера, Data General Nova 1200 1982 года выпуска.Это была кошачья пижама, потому что она позволяла мне вводить два символа (16 бит) за раз вместо восьми бит (байт). Мне было приятно, как перфокарты, ввести мое десятибуквенное имя менее чем за минуту в двоичном коде. Сегодня я говорю в свой 64-битный смартфон, и он отвечает так же быстро, как и мои дети.

Я хочу сказать (пока не забыл), что я перешел от тумблеров к распознаванию голоса всего за 30 лет. От DOS к Windows. От первого Mac до последнего iPhone. От Pong до Angry Birds.Какие достижения я (да, я имею в виду) увижу в следующие 30 лет? Какие изменения в компьютерах вы увидите в году своей жизни ? Это действительно ошеломляет.

Закон Мура

Перед тем, как опубликовать статью о будущем компьютеров, любой блоггер, имеющий на долю кремния, изучит закон Мура, названный в честь соучредителя Intel Гордона Э. Мура.

Закон Мура (в большей степени наблюдение превратилось в предсказание, которое более или менее подтвердилось) описывается в этой инфографике Intel:

Поскольку транзисторы — это рабочие лошадки компьютера, удвоение количества транзисторов обычно означает удвоение вычислительной мощности компьютера.И не только процессоры улучшаются с экспоненциальной скоростью. Каждые пару лет устройства хранения, такие как память и жесткие диски, становятся больше и быстрее, дисплеи становятся лучше, а камеры лучше снимают.

Закон Мура описывает движущую силу технологических и социальных изменений, производительности и экономического роста — википедия
Изображение предоставлено: Wikimedia Commons

Подробнее $ Law

Лучшие законы от Бойля до Ньютона говорят сами за себя, в них есть запоминающаяся фраза и крутой рисунок.Вероятно, есть какие-то исследования, которые связаны с этим, но я полагаю, что это может быть утомительно. Основываясь на моем личном (компьютерном) опыте, я предлагаю закон прогнозирования новой технологии.

Компьютеры будущего

Современные компьютеры работают с использованием полупроводников, металлов и электричества.
Будущие компьютеры могут использовать атомы, ДНК или свет. Закон Мура предсказывает удвоение, но когда компьютеры перейдут от кварца к квантовому, этот фактор будет зашкаливать.

Каким был бы мир, если бы
компьютеры размером с молекулу станут реальностью? Это типы
компьютеры, которые могли быть везде, но никогда не видели. Нано размер
биокомпьютеры, которые могут нацеливаться на определенные области вашего тела. Гигант
сети компьютеров, в вашей одежде, в вашем доме, в вашей машине.
Укоренился почти во всех аспектах нашей жизни, и все же вы никогда не сможете
подумайте о них.

Как будут выглядеть компьютеры через 30 лет? Хитрый вопрос.Вы их совсем не увидите.

Вездесущие компьютеры находятся в разработке.

Освоение технологий

Понимание теорий, лежащих в основе этих компьютерных технологий будущего
не для кротких. Мои исследования квантовых компьютеров проводились постоянно.
труднее после того, как я узнал, что в свете ее постоянного
вмешательство, теоретически возможно, что моя свекровь могла быть в
сразу в двух местах.

Если у вас есть дух, обратите внимание на самые многообещающие новые компьютерные технологии.Если нет, смей
представить, как миллиарды крошечных и мощных компьютеров
изменить наше общество.

Квантовые компьютеры

Оптические компьютеры

Компьютеры ДНК

Предсказывая будущее компьютеров — Redmondmag.com

Советы и уловки Поузи

Аппаратный искусственный интеллект и процессоры Brainier: предсказание будущего компьютеров

Маловероятно, что машины когда-либо будут идеально имитировать человеческий мозг, но компьютеры следующего поколения могут очень близко подойти к этому.Вот несколько обоснованных предположений о том, как может выглядеть будущее вычислительной техники.

Кто-то недавно спросил меня, какими, по моему мнению, будут компьютеры через 50–100 лет в будущем. Мне было на удивление сложно ответить на этот, казалось бы, простой вопрос. Я все еще ловлю себя на мысли об этом несколько дней спустя.

Одна из причин, по которой на этот вопрос так сложно ответить, заключается в том, что он предполагает, что будет только один тип компьютера. Даже сегодня существует огромное количество разнообразных компьютеров.У нас есть ПК, серверы, мэйнфреймы, устройства Интернета вещей (IoT) — список можно продолжать и продолжать.

Следовательно, сказать что-то вроде «На каждом столе будет квантовый компьютер» было бы невероятно недальновидно. Хотя я действительно ожидаю, что квантовые компьютеры в конечном итоге станут зрелой технологией, я также ожидаю, что появятся более традиционные компьютеры. Даже в этом случае эти компьютеры, вероятно, будут основаны на архитектуре, которая сильно отличается от того, что мы имеем сегодня.

Хотя я думаю, что электронное устройство не сможет когда-либо идеально имитировать человеческий мозг, я думаю, что компьютеры в конечном итоге примут некоторые характеристики мозга.Одна из таких характеристик — интенсивное использование разгрузки. Как бы странно это ни звучало, человеческий мозг на самом деле выполняет довольно много задач, разгружая их. Например, мозг перекладывает на глаза многие задачи, связанные с пространственным расположением. Это не означает, что у глаз есть память (у них ее нет), а скорее, что глаза уменьшают нагрузку на мозг. Позвольте привести пример.

Вы, наверное, знаете план своего дома лучше, чем любое другое место на земле.Однако, если вы закроете глаза и попытаетесь пройтись по дому, вы, вероятно, в конечном итоге наткнетесь на что-нибудь и, возможно, даже поранитесь. Дело в том, что даже если вы очень хорошо знаете планировку своего дома, ваш мозг не запоминает пространственное расположение объектов в идеальных деталях. Вместо этого он полагается на ваши глаза, чтобы предоставлять пространственные данные в реальном времени. Это пример разгрузки задачи.

Сегодняшние компьютеры уже выполняют некоторую разгрузку. Например, многие сетевые карты включают возможность разгрузки TCP / IP.Однако в будущем я думаю, что разгрузка задач будет гораздо более распространенной, чем сейчас.

Я также верю, что завтрашние компьютеры, вероятно, будут оснащены датчиками, которые выходят далеко за рамки того, что у нас есть сегодня. Одна из вещей, которая делает современные смартфоны такими мощными, — это то, что в них есть множество различных датчиков, которые могут использоваться приложениями. Современный смартфон может определять положение GPS, свет, температуру, звук, сенсорный ввод и многое другое.Только представьте себе типы приложений, которые могли бы создать разработчики, если бы вычислительные устройства были оснащены трехмерным зрением, тепловизором или, возможно, спектрометром, который мог бы идентифицировать неизвестные вещества. По мере того, как электронные компоненты продолжают уменьшаться в размерах, а вычислительная мощность продолжает расти, использование все более экзотического набора датчиков, встроенных в вычислительное устройство, становится все более практичным.

Еще одно изменение, которое я ожидаю увидеть в будущем, — это введение возможностей массовой параллельной обработки (MPP).Практически каждый производимый сегодня компьютер включает в себя несколько ядер ЦП, но я думаю, что через два-три десятилетия у нас, вероятно, будут ЦП с сотнями ядер.

Конечно, придется изменить способ использования этих ядер. Сегодня наличие нескольких ядер выгодно только в том случае, если необходимо выполнить несколько потоков. Я думаю, что в будущем мы увидим микросегментацию потоков выполнения, что позволит программному обеспечению более легко использовать все доступные ядра ЦП.Мы, вероятно, даже увидим деревья решений в программном обеспечении, построенном таким образом, что каждая ветвь дерева назначается отдельному ядру ЦП.

Еще одно фундаментальное изменение, которое, вероятно, будет внесено в будущие процессоры, — это введение возможностей предварительной обработки. Это то, что человеческий мозг делает действительно хорошо, но в настоящее время это ускользает от большинства компьютеров. Позвольте привести пример.

Что бы случилось, если бы кто-нибудь бросил вам в лицо бейсбольный мяч? Вы, вероятно, моргнули бы, пошевелились и, возможно, даже попытались бы заблокировать или поймать мяч.Вы бы не стали останавливаться и думать о своем выборе. Это пример предварительной обработки; ваш мозг ощущает опасность и реагирует соответствующим образом, не вовлекая нормальный когнитивный мыслительный процесс.

Если машины будущего оснащены огромными массивами датчиков, как я предсказываю, то не исключено, что часть сенсорного ввода может быть отфильтрована с помощью механизма предварительной обработки, который позволяет машине мгновенно реагировать на определенные стимулы. Мы уже видим этот тип предварительной обработки на некоторых специализированных компьютерах, например, на тех, которые контролируют подушки безопасности в автомобиле.Однако по мере того как технологии, интенсивно использующие ЦП, такие как искусственный интеллект (ИИ) и естественное взаимодействие с машинами, становятся все более распространенными, я думаю, что механизмы предварительной обработки будут использоваться в качестве инструмента для повышения отзывчивости компьютеров на ввод пользователя.

Я также думаю, что процессоры будущего будут включать в себя встроенные движки AI. В HoloLens 2 уже есть специальный чип AI, поэтому не исключено, что что-то подобное в конечном итоге может быть интегрировано в основной микропроцессор компьютера.

Между прочим, если компьютеры будущего действительно включают возможности искусственного интеллекта на аппаратном уровне, то я думаю, что в конечном итоге мы можем ожидать изменения в способе обращения к памяти. Сегодня уже существуют базы данных, которые могут хранить таблицы в памяти. Почему весь рабочий набор памяти компьютера не может функционировать как индексированная таблица базы данных произвольной формы?

В этом есть несколько преимуществ. Во-первых, поскольку память индексирована, это может позволить гораздо быстрее вызывать данные из памяти.Во-вторых, это может позволить процессору AI начать создавать ассоциации между элементами в памяти.

Конечным результатом может быть компьютер, который будет намного более интуитивно понятным, чем все, что у нас есть сегодня, потому что он буквально узнает, что для вас важно, когда вы им пользуетесь.

В конечном счете, я понятия не имею, что ждет цифровую электронику в будущем. Все, что я могу делать, это строить предположения, используя то, что я знаю о сегодняшних технологиях, как основу для этих предположений.

Об авторе


Брайен Поузи — 19-кратный MVP Майкрософт с многолетним опытом работы в ИТ.В качестве внештатного писателя Поузи написал тысячи статей и написал несколько десятков книг по широкому кругу тем в области информационных технологий. До того, как стать фрилансером, Поузи был ИТ-директором национальной сети больниц и медицинских учреждений. Он также работал сетевым администратором в некоторых из крупнейших страховых компаний страны и в Министерстве обороны Форт-Нокса. В дополнение к своей постоянной работе в сфере информационных технологий, Пози последние несколько лет активно тренировался в качестве кандидата в коммерческие ученые и астронавты, готовясь к полету в миссии по изучению полярных мезосферных облаков из космоса.Вы можете следить за его обучением космическим полетам на его веб-сайте.

3 технических достижения, которые навсегда изменят ПК

Заявление об ограничении ответственности: Большинство упомянутых компаний являются клиентами автора.

Под воздействием COVID-19 продажи ноутбуков, особенно Chromebook для образовательных учреждений, стали вертикальными, и несколько OEM-производителей сообщают о дефиците.Но наиболее распространенная конструкция раскладушки восходит к началу 1990-х годов, задолго до недавних достижений в области процессорных технологий, графических процессоров, памяти, хранилища, операционных систем, дисплеев и даже формул батарей. Мы продолжаем экспериментировать с различными вариантами, такими как грядущий Microsoft Surface Neo, но они все еще сильно отстают от того, что вы могли ожидать в последние 30 лет или около того.

Есть три грядущих технологических достижения, которые кардинально изменят не только то, как мы работаем, но и то, что мы используем — изменения, некоторые из которых в настоящее время ускоряются благодаря продолжающейся пандемии.

Давайте поговорим на этой неделе о том, что нас ждет и о будущем компьютерного оборудования.

5G и Virtual Windows

Я собираюсь начать с объединения двух технологий, которые вместе должны привести к серьезным изменениям в том, что войдет в будущие ПК. Благодаря 5G мы получаем производительность, близкую к производительности проводного волокна, которая связана не только с пропускной способностью, но и с технологией искусственного интеллекта, окружающей модем, которая дополнительно оптимизирует поток данных и делает его более производительным и гораздо более надежным. Чтобы виртуализированное облако работало, вам нужно очень надежное соединение, а 4G просто не поможет нам.Но, по словам Qualcomm, оборудование 5G напрямую решит эту проблему и предоставит возможность тем, у кого есть оборудование 5G, иметь виртуальный терминал с производительностью размещенной рабочей станции.

Это продвижение не сработает, если не вмешается Microsoft, и это уже произошло с Microsoft Virtual Desktop. Сочетание этих двух вещей означает, что вам не нужна вычислительная мощность, необходимая для локального запуска приложений. Вместо этого вы запустите их в облаке, сместив акцент с точки зрения производительности с того, что мы сейчас называем технологиями ПК (процессор, графический процессор, хранилище, память), на модем и само облако, где вы, вероятно, увидите узкие места.

Это изменение должно обеспечить значительно большую гибкость в дизайне, чем у нас сейчас.

Налобные дисплеи

За последние пять лет мы добились значительных успехов в разработке налобных дисплеев. Грядущая гарнитура HP Reverb 2 VR кардинально изменит правила игры, как и высокопроизводительное первое издание компании. В нынешних поколениях гарнитур VR есть камеры, поэтому вы все равно можете эффективно видеть, что вас окружает. В сочетании с программным обеспечением для обработки изображений, которое может включать в себя то, что видит камера, вы могли бы решить одну постоянную проблему, связанную с проживанием с наголовным дисплеем: неспособность видеть клавиатуру для размещения пальцев и быть изолированным от вещей вокруг вас.

Использование головного дисплея с очень высоким разрешением решило бы одну из самых больших проблем современных ноутбуков — ограниченный размер экрана. Благодаря очень высокому разрешению вы можете эффективно сделать виртуальный дисплей, который вы видите на головном дисплее, любого размера, который вы хотите, делая большие мониторы избыточными, обеспечивая гораздо более портативную альтернативу.

Это изменение также дает дизайнерам возможность более творчески подходить к дизайну корпусов ноутбуков, поскольку размер дисплея больше не будет их ограничивать.Они могут даже выломать клавиатуру и придумать носимые конструкции, которые подключаются или подключаются по беспроводной сети к дисплею на голове, клавиатуре и указывающему устройству, которые также могут быть модульными.

Прорыв в аккумуляторных батареях

Может быть трудно восхищаться технологиями аккумуляторов, потому что у нас было так много многообещающих прорывов в области аккумуляторов, которые так и не вышли на рынок. Отчасти проблема в том, что на протяжении десятилетий мы не уделяли особого внимания батареям; только в последние несколько лет мы снова начали инвестировать в исследования и разработки аккумуляторов.Хотя этот отложенный подход действительно привел к множеству фальстартов и разочарований, кто-то, вероятно, в конечном итоге все понял правильно. Интересно выглядит компания под названием Echion Technologies.

Эта компания, вышедшая из Кембриджского университета, создала высокопроизводительную батарею, которая, как сообщается, может заряжаться всего за шесть минут практически любого размера. Это достижение не только произведет революцию в портативных компьютерах, но и значительно преодолеет большой недостаток заправки электромобилей.

Что делает технологию многообещающей, так это то, что Echion Technologies была разработана не для разработки технологии, а для ее коммерциализации.Хотя одногодичный срок вывода технологии на рынок был слишком агрессивным (учитывая, что он существует уже больше года), он все же, похоже, намного ближе к успеху, чем когда-либо были другие технологии.

Еще одна развивающаяся технология — суперконденсаторы, которые, как многие думали, заменят батареи в последнее десятилетие. Суперконденсаторы не только заряжаются намного быстрее, чем батареи, но и не изнашиваются, что делает их идеальными как для личной электроники, так и для автомобилей. Недостатками были утечка энергии, плотность энергии и стоимость.Хотя эта группа и дальше, чем батарея Эхиона, эта группа, в которую входят Университет Дьюка и штат Мичиган, похоже, имеет жизнеспособную модель, которая будет готова к выходу на рынок в течение пяти лет. Если это произойдет, эта новая альтернатива батареям значительно изменит динамику мощности для ПК и других персональных технологий, работающих от батарей.

Поскольку большинство статей, которые я видел, демонстрируют связь возможностей суперконденсатора с носимыми устройствами, идея небольшого носимого ПК становится гораздо более жизнеспособной, когда эта технология становится реальностью.

Надвигающееся рождение широкого рынка носимых ПК

Носимые ПК были у нас с первых дней этого века, но они, как правило, были очень ограниченными и ориентированы на задачи, в которых работает пользователь, нужен ПК, но также необходимо работать без помощи рук. Исторически они использовались для таких вещей, как инвентаризация, а в последнее время — как высокопроизводительные платформы виртуальной реальности (на ум приходит носимый ПК HP). Но они, как правило, большие, тяжелые и непрактичные в качестве повседневного решения для ПК.

Однако, если бы вы их уменьшили, сделали их более доступными, дали им гораздо лучшую гарнитуру смешанной реальности, которая лучше интегрирует пользователя как в реальный, так и в виртуальный мир, и использовали облачные ресурсы для повышения производительности, я думаю, вы » У меня будет что-то, что может привести к устареванию всего, что сейчас есть на рынке.

В течение следующих пяти лет все эти компоненты должны объединиться, чтобы произвести революцию в области ПК. Когда я сижу за своим рабочим столом, чтобы закончить эту колонку, чтобы я мог надеть свою собственную гарнитуру VR и поиграть в Half-Life Alyx (первая игра VR, которая может способствовать широкому использованию VR), мне напоминают, насколько лучше она будет быть, когда я могу отключиться от сети и по-настоящему использовать компьютер в любом месте, где я бываю или хочу пойти.

Авторские права © 2020 IDG Communications, Inc.

6 неожиданных инноваций для вычислительной техники будущего

Исследователи продвигаются к новым границам вычислительной техники, используя углерод, нити ДНК и другие средства, чтобы выйти за пределы кремния.

Автор: Дэн Веллерс, установщик Fawn

Поскольку кремниевые транзисторы становятся настолько крошечными, что начинают противоречить законам физики, технологии производства перестают идти в ногу со временем.Это свидетельствует о верхних пределах закона Мура, согласно которому количество транзисторов в микропроцессоре (и, следовательно, его вычислительная мощность) может удваиваться каждые два года. Но означает ли это, что эпоха экспоненциальных технологических изменений вот-вот остановится?

Хотите краткий обзор?

Прочтите «Будущее вычислительной техники: посткремниевые вычисления.”

Абсолютно нет.

Закон Мура никогда не был неизменной истиной, как гравитация или сохранение энергии. Это было больше похоже на самоисполняющееся пророчество: оно заставило производителей микросхем оправдать ожидания, что они и сделали. Это помогло разжечь неутолимый голод мира по все большей и большей вычислительной мощности — и этот спрос не исчезнет только потому, что мы продвинули микропроцессоры на основе кремния настолько далеко, насколько это возможно.Итак, теперь нам нужно исследовать новые способы размещения большей мощности во все более крошечных пространствах.

Будущее вычислений определяется транзисторами, изготовленными не из кремния, а из других материалов. Это усиливается подходами, которые не имеют ничего общего со скоростью транзисторов, такими как программное обеспечение глубокого обучения и возможность краудсорсинга избыточной вычислительной мощности для создания того, что составляет распределенные суперкомпьютеры. Это может даже переопределить сами вычисления.

Вот некоторые ориентиры на новых рубежах вычислительной техники:

  • Транзисторы на основе графена: Графен — толщиной в один атом углерода и более проводящий, чем любой другой известный материал (см. The Super Materials Revolution ) — можно свернуть в крошечные трубки и объединить с другими 2D-материалами для перемещения электронов. быстрее, занимает меньше места и потребляет меньше энергии, чем даже самый маленький кремниевый транзистор . Однако до недавнего времени производство нанотрубок было слишком беспорядочным и подверженным ошибкам, чтобы быть коммерчески целесообразным. Однако в 2019 году группа исследователей Массачусетского технологического института разработала процесс создания 16-битного микропроцессора из углеродных нанотрубок, который успешно выполнил набор инструкций для печати сообщения, начинающегося с «Hello, World!». Этот процесс устранил достаточно дефектов в нанотрубках, и их можно было перемещать из лаборатории на фабрику менее чем за пять лет.
  • Квантовые вычисления: Даже самый мощный обычный компьютер может присвоить каждому биту только единицу или ноль.Квантовые вычисления, напротив, используют квантовые биты или кубиты, которые могут быть нулем, единицей, обоими сразу или какой-то промежуточной точкой, все одновременно. (Изгиб мозга, да, но посмотрите на удивление понятное объяснение WIRED .) Современные квантовые компьютеры громкие и ненадежные, но в следующие 10 или 20 лет они смогут помочь нам разрабатывать новые материалы и химические соединения и создавать недоступные для взлома каналы связи для защиты всего, от финансовых операций до передвижения войск.
  • Хранилище данных ДНК: Преобразуйте данные в базу 4, и вы можете закодировать их на синтетической ДНК. Зачем нам это нужно? Просто: мы уже знаем, как секвенировать (читать), синтезировать (записывать) и копировать ДНК. Немногое хранит много информации; некоторые исследователи полагают, что мы могли бы удовлетворить все потребности мира в хранении данных в течение года с помощью кубического метра порошкообразного e. coli ДНК. И он удивительно стабилен, что доказали ученые, которые успешно использовали обломок кости для реконструкции генома пещерного медведя, умершего 300 000 лет назад.Хранение данных на основе ДНК как услуга (потому что вы, вероятно, не собираетесь вкладывать средства в собственные инструменты для редактирования генов) может появиться всего через несколько лет.
  • Нейроморфная технология: Цель этой технологии — создать компьютер, имитирующий архитектуру человеческого мозга, чтобы достичь человеческого уровня решения проблем — и, возможно, даже познания в какой-то момент — при этом требуется сотни тысяч раз меньше энергии, чем у традиционного транзистора. Мы еще не достигли этого, но в начале 2020 года Intel представила новый сервер на основе нейроморфных чипов, который, по ее утверждениям, имеет примерно такую ​​же нейронную емкость, как мозг мелких млекопитающих.И в ходе разработки, которая когда-то была научной фантастикой, международная группа исследователей соединила искусственные и биологические нейроны, чтобы общаться, как биологическая нервная система, но с использованием интернет-протоколов.
  • Оптические вычисления: Возможность вычислений с использованием фотонов, то есть путем сопоставления данных с уровнями интенсивности света и последующего изменения интенсивности света для выполнения вычислений, все еще находится на начальной стадии, но может обеспечить высокую эффективность при низком уровне мощности. обработка мощности и передача данных.Оптические вычисления в наномасштабе были бы возможны при буквальной скорости света.
  • Распределенные вычисления: Каждый компьютер, который бездействует в спящем режиме или не работает на полную мощность, имеет вычислительные циклы, которые можно использовать для других целей. Клиент, работающий в фоновом режиме, позволяет этому компьютеру загружать рабочие нагрузки с удаленного сервера, выполнять вычисления локально и выгружать результаты обратно на сервер. В настоящее время вершиной этой распределенной модели является Folding @ home, которая моделирует белковые молекулы, чтобы найти лекарства от таких болезней, как болезнь Альцгеймера, рак и, совсем недавно, COVID-19.В настоящее время проект насчитывает около 750 000 участников и совокупную мощность 1,5 экзафлопса, то есть способность выполнять квинтиллион вычислений в секунду. Это 75% от прогнозируемой скорости суперкомпьютера El Capitan, которая, как ожидается, станет самой быстрой в мире, когда он выйдет в 2023 году.

Возможно, мы приближаемся к пределу возможностей кремниевых чипов, но сама технология все еще ускоряется. . Вряд ли он перестанет быть движущей силой современной жизни. Его влияние будет только возрастать по мере того, как новые вычислительные технологии подталкивают робототехнику, искусственный интеллект, межмашинные интерфейсы, нанотехнологии и другие революционные достижения, выходящие за рамки сегодняшних общепринятых ограничений.

Короче говоря, экспоненциальный рост вычислительной техники не может продолжаться вечно, но его конец еще гораздо дальше, чем мы думаем.

Дэн Веллерс

является глобальным лидером и старшим аналитиком Digital Futures в исследовательском центре SAP Insights.

Слесарь для оленеводов

пишет о пересечении бизнеса и технологий.

Что вы думаете об этой статье?

Компьютеры будущего — Новости, исследования и анализ — The Conversation — стр. 1

Компьютерные микросхемы, похожие на мозг, обещают мощные компьютеры, потребляющие мало энергии.

D3Damon / E + через Getty Images

Р.Стэнли Уильямс, Техасский университет A&M

Искусственный мозг — это далекое будущее, но компьютерные микросхемы, работающие как мозг, могут способствовать развитию компьютеров, когда современные кремниевые транзисторные чипы достигнут своего предела.

Для быстрой передачи данных достаточно крошечных поверхностных акустических волн.

Фемтокейк

Том Хейворд, Университет Шеффилда

После электрических и магнитных полей звуковые волны нанометрового масштаба представляют собой новую идею для хранения данных.

Увидим ли мы ДНК в мэйнфрейме?

PublicDomainPictures

Марта Квятковска, Оксфордский университет

Компьютер на основе ДНК может и не появиться на горизонте, но ДНК все еще может вычислять, даже если она не может построить компьютер.

D-волна

Роберт Янг, Ланкастерский университет

Квантовые вычисления могут по-прежнему иметь статус аутсайдера, но они приносят прибыль.

Rbulmahn

Марк Хопкинсон, Университет Шеффилда

Кремний — не идеальный полупроводник, это просто тот, который мы используем. Как мы можем сделать так, чтобы наша электроника продолжала работать быстрее, несмотря на естественные физические ограничения кремния?

Генеральный директор Microsoft надеется, что Windows 10 станет его героем.Рейтер

Н. Венкат Венкатраман, Бостонский университет

Сатья Наделла надеется, что сможет сделать с Windows 10 то, что Билл Гейтс смог сделать с Windows 95 почти 20 лет назад.

Компьютер на палке — это начало, но он станет еще меньше и умнее.

Lenovo

Ахмад Лотфи, Университет Ноттингем Трент

Компьютер меньшего размера попадает в ваш карман, а затем в ваш дом, на работу и повсюду.

Представьте себе машину, которая может изучать вещи с нуля, без заранее запрограммированных правил. Что он мог сделать?

Flickr / Марко Абис

Технологические компании вкладывают большие средства в исследования искусственного интеллекта, которые позволяют машинам изучать вещи с нуля, без заранее запрограммированных правил. Итак, каков потенциал этой новой технологии?

Для Google карта — не конечный продукт.Ли Беннетт / Flickr

Энтони Стефанидис, Университет Джорджа Мейсона, ; Эндрю Крукс, Университет Джорджа Мейсона , и Ари Кроитору, Университет Джорджа Мейсона

Google удалось нанести на карту большую часть мира. Недавно компания предложила заглянуть за кулисы того, как она создала приложение Google Maps с использованием комбинации технологий (Google Street…

Что ждет смартфон будущего?

Flickr / Андреас Надлер

Дэвид Таффли, Университет Гриффита,

Ни для кого не должно быть сюрпризом, что многие смартфоны, возможно, были рассчитаны на срок службы около 24 месяцев — продолжительность обычного контракта с поставщиком сетевых услуг.В конце концов, это стремительный…

Команда исследователей определила новый способ различения квантовых битов в конечном итоге создания квантового компьютера …

Как компьютеры учатся предсказывать будущее

Нейронные сети принимают низкоуровневые входные данные, такие как пиксели изображения или фрагменты звука, и пропускают их через серию виртуальных слоев, которые присваивают относительные веса каждой отдельной части данных при интерпретации входных данных.«Глубокое» в глубоком обучении относится к использованию высоких стопок этих слоев для коллективного выявления более сложных закономерностей в данных, расширяя их понимание от пикселей до основных форм и таких функций, как знаки остановки и стоп-сигналы. Чтобы обучить сети, программисты многократно тестируют их на больших наборах данных, автоматически настраивая веса, чтобы сеть со временем делала все меньше ошибок.

Хотя исследования нейронных сетей, в основном основанных на человеческом мозге, проводились десятилетиями, прогресс был особенно заметным примерно за последние десять лет, говорит Николсон.Набор статей 2006 года известного компьютерного ученого Джеффри Хинтона, который сейчас делит свое время между Google и Университетом Торонто, помог проложить путь быстрому развитию глубокого обучения.

В 2012 году команда, в которую входил Хинтон, была первой, кто использовал глубокое обучение, чтобы выиграть престижный конкурс по информатике под названием ImageNet Large Scale Visual Recognition Challenge. Программа команды значительно опередила соперников в классификации объектов на фотографиях по категориям, получив 15 баллов.3% ошибок по сравнению с 26,2% для участников, занявших второе место.

В этом году компьютер, разработанный Google и обученный методом глубокого обучения, победил одного из лучших игроков в го в мире, что, по мнению многих знатоков древней азиатской настольной игры, могло произойти через десятилетия. Система, получившая название AlphaGo, частично училась, играя против себя в миллионы симулированных игр. В то время как человеческие шахматисты уже давно побеждены цифровыми соперниками, многие эксперты думали, что го, в котором гораздо больше последовательностей правильных ходов, может быть труднее для понимания компьютерами.

В начале ноября группа из Оксфордского университета представила систему чтения по губам, основанную на глубоком обучении, которая может превзойти экспертов-людей. А недавно группа исследователей из Google опубликовала статью в журнале Американской медицинской ассоциации, в которой показано, что глубокое обучение может выявить диабетическую ретинопатию примерно так же, как и обученные офтальмологи. Это заболевание глаз может вызвать слепоту у людей с диабетом, особенно если они не имеют доступа к тестированию и лечению.

Связано: Совершенствуется ли искусственный интеллект в космической гонке поколений?

«Многие люди не имеют доступа к специалисту, который может получить доступ к этим [диагностическим] фильмам, особенно в группах населения с недостаточным уровнем медицинского обслуживания, где заболеваемость диабетом растет, а количество специалистов по уходу за глазами остается неизменным», — говорит д-р Лили Пэн. , менеджер по продукту в Google и ведущий автор статьи.

Как и многие другие достижения в области глубокого обучения, исследование ретинопатии опиралось на большой набор обучающих данных, включая примерно 128 000 изображений, уже классифицированных офтальмологами.Глубокое обучение — это, по сути, техника для эпохи Интернета, требующая наборов данных, которые всего несколько лет назад были бы слишком большими, чтобы поместиться даже на жестком диске.

«Это не так полезно в тех случаях, когда не так много данных», — говорит Вондрик. «Если очень сложно получить данные, глубокое обучение может не продвинуться так далеко».

Компьютерам нужно гораздо больше примеров, чем людям, чтобы овладеть теми же навыками. Последние выпуски программы ImageNet, в которую добавлены более сложные задачи распознавания объектов и анализа сцены по мере того, как алгоритмы стали более сложными, включали сотни гигабайт обучающих данных — на порядки больше, чем на CD или DVD.Разработчики Google обучают новые алгоритмы на основе обширного архива результатов поиска и кликов компании, а компании, участвующие в создании беспилотных транспортных средств, собирают огромное количество показаний датчиков с хорошо оснащенных приборов, управляемых людьми.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *