Файл: Перспективы развития технологий ПК (Перспективы развития архитектур современных ЭВМ и компьютерных систем).pdf

Для решения возникающих проблем и вызовов, стоящих перед миром, необходимы нестандартные решения. В следующие 40 лет планете нужно будет произвести больше продуктов питания, чем все крестьяне и фермеры произвели за последние 8000 лет. Такие технологии следующего поколения, как вертикальное земледелие и выращенное в лаборатории мясо, могут быть решением. А геоинженерия может смягчить проблему глобального потепления при инвестициях менее чем на 1% от ежегодных глобальных капвложений в нефтяную отрасль. В ближайшие 10 лет 5G не сможет справиться с экспоненциальным ростом передачи данных. 6G может обеспечить скорость до 400 раз быстрее, чем 5G. На октябрь 2019 года 41% планеты до сих пор не подключен к Интернету. Группировки спутников могут начать предоставлять более широкий доступ уже к 2021 году.

Таблица 2

15 прорывных технологий Краткое описание

Используя прогнозы третьих сторон о потенциальных размерах рынка, суммарная выручка от этих 15 ключевых технологий в 2018 году составила $8,1 млрд, а к 2025 году вырастет до $48,4 млрд. (при совокупном среднегодовом темпе роста (CAGR) 26%).

У LiFi, глубоководной добычи, hyperloop, квантовых компьютеров и графена самые высокие показатели CAGR до 2025 года. Ожидается, что крупнейшие размеры рынка в 2025 году будут у массового вертикального земледелия, LiFi, квантовых компьютеров и наноспутников.

Эти технологии могут оказать подрывное или прорывное влияние на устоявшиеся отрасли промышленности общей стоимостью $13 трлн и внести весомый вклад в следующий 10-15-летний цикл развития интеллектуальных технологий.

10 технологий беспроводной связи, которые определят будущее ИКТ-рынка

В конце июля 2019 года Gartner привела список технологий беспроводной связи, которые, по мнению аналитической компании, определят будущее ИКТ-рынка.

Как уточнил президент по исследованиям Gartner Ник Джонс (Nick Jones), речь идёт о 10 беспроводных технологиях и тенденциях, которые будут стимулировать развитие инноваций в таких областях, как робототехника, дроны, беспилотные автомобили и медицинское оборудование.

Wi-Fi

Wi-Fi был создан еще в 1998 году, эта сетевая технология развивается по сей день и останется главной для использования в домах и офисов до конца 2024 года, уверены исследователи. Помимо простых коммуникаций, Wi-Fi найдет применение в более сложных проектах — например, в радиолокационном оборудовании или как компонент двухфакторных систем аутентификации.

5G

Одни операторы начали внедрять сети пятого поколения (5G) в 2019 году, другие — приступят к их строительству в 2020-м. Ожидается, что на развёртывание технологии уйдёт от 5 до 8 лет. В некоторых случаях она может дополнить Wi-Fi, поскольку является экономичной для высокоскоростной передачи данных на крупных объектах, таких как порты, аэропорты и заводы. Ник Джонс считает, что будущие версии стандарта 5G улучшат возможности использования технологии в интернете вещей и системах, где необходима минимальная задержка передачи данных. В апреле 2019 года впервые была развернута связь поколения 5G в Южной Корее, Швейцарии, Китае. Она имеет скорость 1-2 Гбит/с, обеспечивает широкополосный доступ, скоростную передачу данных и массивные межмашинные коммуникации.

V2X

Обычные и беспилотные автомобили будут взаимодействовать друг с другом и дорожной инфраструктурой, это может обеспечить технология V2X. Кроме того, она будет способствовать развитию новых услуг, связанных, например, с безопасностью на дорогах, навигацией и развлечениями в автомобилях.

Беспроводная передача электричества на большие расстояния

Первые попытки производителей реализовать такие технологии не привели к революции, на которую они рассчитывали. В будущем ситуация может измениться, и рынок заполонят ноутбуки, смартфоны, мониторы и бытовая техника, которые получают энергию без необходимости подключения физических кабелей.

Сети LPWA

Они доказали свою энергоэффективность при использовании в интернете вещей. Соответствующие модули стоят недорого, поэтому производители IoT-оборудования могут использовать их для создания миниатюрных, дешёвых устройств с питанием от аккумуляторов (например, сенсоры и трекеры).

Беспроводная сенсорная сеть

Она представляет собой распределённую самоорганизующуюся сеть множества датчиков и исполнительных устройств, объединённых между собой посредством радиоканала. беспроводные сенсорные сети имеют потенциал использования в различных сферах — от медицинской диагностики до распознавания объектов и взаимодействия с системами «умного» дома.

Беспроводные технологии для высокоточного определения местоположения

Отследить нахождение объекта или человек с точностью до 1 метра сможет технология IEEE 802.11az. Кроме того, такая функциональность должна появиться в новых версиях 5G.

Технология миллиметровых волн

Она может использоваться Wi-Fi и 5G-системами для высокоскоростной передачи данных (например, 4K- и 8K-видео) в небольшом радиусе.

Backscatter

Технология сети обратного рассеяния (Backscatter) может отправлять данные с очень низким энергопотреблением. Эта функция делает технологию идеальной для небольших сетевых устройств.[9]

SDR

Программно-определяемое радио (Software Controlled Radio, SCR) переносит большую часть обработки сигнала от чипов к софту, обеспечивая поддержку большего числа частот и протоколов. Популярность SDR будут расти по мере появления новых протоколов, уверены в Gartner.

Заключение

Предложен фрагмент схемы онтологии перехода к новым парадигмам построения компьютерных систем, в которой выявлена взаимосвязь новых парадигм линий развития архитектур, технологии создания элементной базы компьютерных систем и парадигм развития информационных технологий. Кратко рассмотрены основные направления развития архитектур ЭВМ и элементной базы, принципы работы которой основаны на различных физических процессах и явлениях в областях нанотехнологий

1. Дальнейший прогресс компьютерной техники будет двигаться в направлении миниатюризации ЭВМ с одновременным увеличением ее производительности. Возможности создания логических элементов микросхем путем манипулирования отдельными атомами, а также новые архитектурно-структурные решения продлят прогресс кремниевых чипов еще, по меньшей мере, на несколько десятилетий.

2. Компьютеры в будущем будут основываться на применении широкого спектра научных дисциплин: молекулярной электроники, молекулярной биологии, робототехники, а также квантовой механики, органической химии и других. Поэтому нанокомпьютеры будут развиваться одновременно по нескольким направлениям, реализующим различные способы представления информации: на основе квантовой логики, классической логики, нейрологики и других. При этом скорость компьютерных вычислений достигнет значения 1051 операций в секунду.

3. Благодаря переходу на уровень нанотехнологий станет возможным снижение минимально допустимых размеров компьютера до субклеточного уровня. Способы представления информации в системах, созданных человеком, почти достигли физических пределов, установленных фундаментальными законами физики.

4. На данном этапе приоритет отдается направлению, в основе которого лежит применение электронных нанотранзисторов (в том числе одноэлектронных). В подобных транзисторах уже реализован квантовомеханический предел передачи информации, налагаемый физическими законами. Также достигнут и предельный уровень тепловыделения. Разработка разнообразных архитектурных вариантов нанокомпьютеров на этой основе ведется очень активно, и технологии будущего уже имеют вполне реальные очертания.

5. Известно, что уже существуют системы обработки информации, построенные на объединении оптических и нейронных компьютеров, это так называемые нейроно-оптические компьютеры. Можно предположить, что объединение квантовых и нейроно-оптических компьютеров предоставит миру самую мощную гибридную вычислительную систему.

6. Для создания нано-компьютеров будут необходимы значительные финансовые затраты, в значительно превышающие затраты на производство современных “классических” полупроводниковых компьютеров.

7. Разнообразие существующих научных разработок в области микроэлектроники, и обширность накопленных знаний в области других научных дисциплин позволяет надеяться на создание “полноценного суперкомпьютера” основанном на нанотехнологиях в сроки – примерно 100-150 лет.

Список литературы

1. Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех. Большое в малом. Изд-во “Nanotechnology News Net- work”. – 2015. – 444 С. – Режим доступа: http://nano.com.ua/Nanotehnolog_dlya_vseh.pdf. – Дата доступа: 15.07.20

2. Нанотехнологии – Википедия, – Режим доступа: http://en.wikipedia.org/wiki/Nanotechnology. – Дата доступа: 15.07.20

3. Яковлев Ю.С. Однокристальные компьютерные системы высокой производительности. Особенности архитектурно-структурной организации и внутренних процессов: монография / Ю.С. Яковлев. – Винница: ВНТУ, 2019. – 294 с.

4. Прогноз тенденций развития сектора высоких технологий на 2010 год. – Режим доступа: http://www.infeconomy.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=74: 2010-&catid=5:2010- 02-06-10-09-02&Itemid=5). – Дата доступа: 15.07.20

5. Минкин В. И. Молекулярные компьютеры / Минкин В. И. . – Минкин В. И. http://wsyachina.narod.ru/technology/molecular_computer.html. – Дата доступа: 15.07.20

6. В Европе создают "химический компьютер". –Режим доступа: http://www.bezpeka.com/ru/news/2010/01/13/chemical-computer.html. – Дата доступа: 15.07.20

7. Beyond silicon: new computing paradigms / Communications of the ACM. – September 2017. – Vol. 50, No. 9. – С. 30 - 41. – Режим доступа: http://cis.csuohio.edu/~munakata/profess/pdf/907Table.pdf. – Дата доступа: 15.07.20

8. Коняев А. Вычисления в колбе: прошлое, настоящее и будущее химических компьютеров / Коняев А. – Режим доступа: http://www.nanonewsnet.ru/articles/2011/vychisleniya-v-kolbe-proshloe-nastoyashchee-budushchee-khimicheskikh-kompyuterov. – Дата доступа: 15.07.20

9. Химический компьютер будет действовать как клетки мозга. – Режим доступа: http://virtual-reality.at.ua/load/zheleznye_novosti/zheleznye_novosti/khimicheskij_kompjuter_budet_dejstvovat_kak_kletki_mozga/24-1-0-135. – Дата доступа: 15.07.20

10. Японцы создали уникальный нанокомпьютер. – Режим доступа: http://news.studclub.poltava.ua/new/14061. – Дата доступа: 15.07.20

11. Перспективы развития вычислительной техники. Квантовые вычисления. – Режим доступа: http://paralichka85.px6.ru/11future/glava11_3.htm. – Дата доступа: 15.07.20

12. Яковлев Ю.С. Об оптимизации архитектуры компьютерных систем на современной элементной базе / Ю.С. Яковлев // Управляющие системы и машины I. – 2017. – № 5. – С. 43 – 51.

13. Яковлев Ю.С. Об оптимизации архитектуры компьютерных систем на современной элементной базе / Ю.С. Яковлев // Управляющие системы и машины II. – 2017. – № 6. – С. 28 – 35.

14. Яковлев Ю.С. Компьютерная система типа “Процессор-в-памяти” с модифицированной кольцевой шиной / Ю.С. Яковлев, Б.М. Тихонов, Е.В. Елисеева // Управляющие системы и машины. – 2014 . – № 3 . – С. 54-61, 88.

15. Яковлев Ю.С. Реконфигурируемые PIM-системы: методология построения, примеры моделей / Ю.С. Яковлев // Математические машины и системы. – 2017. – № 2.– С. 27 – 42.