Поиск на сайте

 

 

Получить представление о компьютерных технологиях будущего можно уже сегодня

 

Глядя на современные планшеты, ноутбуки, смартфоны и прочее технологическое великолепие, легко забыть, что всего 30 с небольшим лет отделяют эти устройства от загружаемых с кассетного магнитофона домашних компьютеров и громоздких настольных ПК, управляемых с помощью командной строки.
Менее чем за одно поколение компьютерная индустрия и окружающий мир изменились настолько, что сегодня трудно представить нашу жизнь без всевозможных электронных гаджетов («примочек»). Стремительный прогресс в этой области продолжается по сей день, и становление компьтерных технологий будущего совершается прямо сейчас.
О том, что ожидает нас в ближайшие 10-20 лет, читайте в «Открытой».

 
Сила в единстве

Огромные вычислительные мощности современных суперкомпьютеров, способных выполнять десятки квадриллионов (единица с 15 нулями) операций в секунду, находят широкое применение в самых различных сферах науки и техники – от математического моделирования эффектов ядерного взрыва до разработки in silico (компьютерной) новых лекарств и материалов.
Вместе с тем высокая стоимость производства, обслуживания и эксплуатации подобных числодробительных «монстров», коих всего в мире насчитывается порядка пятисот (США – 252, Китай – 66, Россия – 8), является главным препятствием к их широкому распространению.
Решением данной проблемы могло бы стать использование совокупной производительности тысяч и миллионов обычных домашних или офисных компьютеров, как если бы для поднятия тяжестей вместо одного высокооплачиваемого силача подрядили команду обычных людей.
Подобная концепция, известная как распределенные вычисления, отнюдь не нова. Вот уже два десятка лет люди из самых разных уголков планеты безвозмездно предоставляют свободные мощности своих компьютеров для поиска структуры белков, анализа сигналов радиотелескопов, проверки математических гипотез и т.д.
Так, пожалуй, самой известной платформой для проведения подобных открытых вычислений является программа BOINC (www.boinc.ru) от Калифорнийского университета в Беркли (США). На ее основе фактически любой желающий, нуждающийся в серьезных вычислительных ресурсах, может создать свой собственный проект и воспользоваться для решения задачи десятками тысяч ПК из тех 11 млн., что принадлежат 2,5 млн. участников программы BOINC.
И хотя количество активных (участвующих в вычислениях) компьютеров в среднем составляет порядка 500 тысяч, их суммарная производительность достигает семи петафлопс (семь квадриллионов операций в секунду), что сравнимо с вычислительной мощностью лучших на сегодняшний день суперкомпьютеров.
Специалисты уверены, что в будущем большинство компьютеров планеты, включая игровые приставки, автомобильные навигаторы, смартфоны, будут частью глобальной системы распределенных вычислений.
Без какого-либо ущерба для хозяина, они будут предоставлять свои свободные ресурсы (память, процессорное время и т.д.) на «благие дела» – вроде численного прогнозирования погоды, экономического анализа, расчета траекторий космических объектов и пр.

 

Время пришло
Несмотря на продолжающийся процесс миниатюризации полупроводниковых схем, электронная промышленность уже начинает сталкиваться с ограничениями (скорость электронов, минимально возможный размер транзисторов и т.д.), накладываемыми базовыми законами физики.
Как следствие, наблюдаемый до сих пор непрерывный рост производительности кремниевых микропроцессоров, скорее всего, в самом ближайшем будущем ощутимо замедлится, а то и прекратится совсем.
В этой ситуации существенного увеличения обрабатывающих мощностей можно добиться либо путем широкого использования архитектуры параллельных (распределенных) вычислений (мультиядерность), либо за счет перехода к системам, работающим на иных принципах, нежели современная полупроводниковая электроника.
Над созданием подобных компьютеров (на основе ДНК, фотонов, отдельных молекул) давно и активно работают в лабораториях всего мира, но кроме прототипов (опытных образцов), способных выполнять лишь элементарные операции, ученым, как правило, похвастаться нечем. Единственным исключением являются квантовые компьютеры, предлагаемые к продаже ($15 млн.) частной канадской компанией «Ди-Вейв Системз» (www.dwavesys.com).
Это несомненно прообраз компьютеров будущего.

 

Новая реальность
Использование классическими «кремниевыми» компьютерами двоичной системы счисления (как набор единиц и нулей – битов) обусловлено тем, что данный способ кодирования информации наиболее легко реализуем с технической точки зрения.
Как следствие, такие вычислительные системы способны совершать за раз только одно действие (вычисление).
В свою очередь, квантовые компьютеры, функционирующие на принципах квантовой механики, не связаны подобными ограничениями, а потому могут производить множество операций одновременно.
Таким образом, по крайней мере теоретически, производительность квантовых компьютеров должна быть в миллионы раз выше, чем у сегодняшних ПК.
Ученые весьма осторожны в прогнозах относительно времени появления первых коммерческих образцов. Дело в том, что для этого необходимо собрать вместе достаточное количество частиц (атомов, ионов, квантовых точек и т.п.), а потом заставить их работать и взаимодействовать в рамках законов квантовой механики.
Как оказалось, при нынешнем уровне развития технологий задача эта весьма сложная.
Почти как настоящий
К схожим выводам пришел и основатель компании «Ди-Вейв Системз» физик-теоретик Джорди Роуз. По его словам, еще в 2003 году он осознал, что создание полноценного квантового компьютера связано со слишком большими инженерными трудностями. Как результат, было принято решение сфокусироваться на создании узкоспециализированных компьютеров.
Это сработало, и уже в 2007 году компания «Ди-Вейв» представила публике первый рабочий прототип квантового компьютера, а в 2009 и 2012 годах – коммерческие модели первого и второго поколения соответственно. Являясь обладателем порядка 200 патентов в области сверхпроводниковой электроники и квантовых вычислений, «Ди-Вейв» обогнала ближайших возможных конкурентов минимум на 10-15 лет.
Стоит особо подчеркнуть, что устройства от канадской компании никоим образом не смогут заменить обычные компьютеры, поскольку умеют они хорошо делать лишь одну вещь – находить (при определенных условиях) наилучшее решение из множества возможных (проводить процесс оптимизации).
Говоря образно, там, где современные компьютеры блуждают в лесу от дерева к дереву в поисках правильного направления, вычислительные машины компании «Ди-Вейв» взбираются на самую высокую сосну, обозревают окрестности и устремляются затем к цели по кратчайшему пути.

 

Первые результаты
Несмотря на первоначальный скептицизм многих экспертов и внушительную цену, продукция канадцев заинтересовала крупный бизнес. Так, буквально пару месяцев назад американские интернет-гигант «Гугл», Национальное аэрокосмическое агентство (НАСА) и Университетская ассоциация космических исследований объявили, что приобретают последнюю модель квантового компьютера для проведения совместных исследований в области искусственного интеллекта и самообучающихся систем.
А двумя годами ранее, купив квантовый компьютер первого поколения, ведущее оборонное предприятие США – концерн «Локхид Мартин» – стало самым первым клиентом «Ди-Вейв». Как пример успешного применения этой машины, исследователи военно-промышленной корпорации называют созданный ими специальный алгоритм (программу) для проверки машинного кода на наличие ошибок.
По словам ученых, современные программные приложения могут состоять из миллиона и миллионов строчек-команд, и выявить в них все погрешности, используя обычные компьютеры, практически невозможно. А вот с квантовым компьютером «Ди-Вейв» такое осуществимо, считают они.
Согласно недавнему отчету независимых экспертов, модель второго поколения смогла в 3,5 тысячи раз быстрее обычного компьютера (0,5 сек. против 30 мин.) решить набор определенных оптимизационных задач.

 

Александр ЛЕОНТЬЕВ



Поделитесь в соц сетях


Добавить комментарий