Добавлен: 26.05.2023
Просмотров: 59
Скачиваний: 3
Но может произойти и нарушение закона Мура в обратную сторону. Резкое увеличение производительности в следствии нового научного открытия может привести к этому сценарию.
Прогресс одних технологий очень сильно зависит от прогресса других. Таким образом в случае развития микропроцессоров многие области могут внезапно принести новые результаты своего функционирования. Данный закон называется законом «взаимного усиления выгод».
Перспективные технологии нового подхода к проектированию процессоров могут быть основаны на молекулярных исследованиях, исследованиях в области строения ДНК и биологических материалов, квантовые технологии и изучение элементарных частиц. При развитии в данном направлении, сфера применения компьютеров может еще больше расшириться.
Оптические компьютеры смогут получить ориентацию на сфере передачи данных, квантовые – на шифровании, молекулярные – на технологических процессах.
Массовое производство устройств в таком формате работы пока невозможно, изготовление даже одного экземпляра в экспериментальной форме очень дорого и не может удовлетворять всем поставленным задачам.
Однако практическое доказательство закона взаимного усиления выгод уже существует. Генетические чипы были качественно улучшены благодаря использованию чипов на основе микрозеркал, которые изначально проектировались для систем связи.
Цифровая микрозеркальная система (Digital Micromirror Device, DMD) от Texas Instruments применялась даже для демонстрации последней серии фильма «Звездные войны».
Технологии травления микросхем дали развитие сфере микромашин. Благодаря травлению стало возможно комбинировать датчики и микроприводы, что в итоге привело к увеличению степеней свободы при выполнении физических действий. В дальнейшем, микромашины могут оказать воздействие на развитие атомных компьютеров и как следствие- квантовых процессоров.
В таких ближайшее время ЭВМ будет связано не только с применением на производстве и обработке автоматизированных процессов, а с биологическими процессами в жизни человека. Возможно появление имплантов, умных тканей, интеллектуальных машин, человекообразных киборгов и гибридов.
В случае нарушения закона Мура возможно даже достижение скорости работы мозга на основе микропроцессора - - 20000000 миллиардов операций в секунду (это 100 млрд. нейронов умножить на 1000 связей одного нейрона и на 200 возбуждений в секунду).
В таких перспективах в 2070 году возможно появление ЭВМ или квантового компьютера, равного по мощности силе разума всех населяющих планету людей.
Вероятность такой перспективы позволяет не учитывать риски био-и генной инженерии, поскольку вся наука приобретет безопасный путь развития на уровне множества симуляций.
Для такого пути развития вычислительная техника должна будет сочетать в себе сразу несколько различных технологий, которые в данный момент находятся только в начальной стадии исследования.
На данный момент молекулярные компьютеры находятся в начальной стадии развития и массового распространения не получили.
Биокомпьютеры. Вычислительная техника будущего может быть основана на биологических материалах. Перспективы такого применения позволят уменьшить размеры компьютера до размера клетки тела человека. На данный о момент такие технологии реализованы только с помощью чашки Петри или нескольких нейронов пиявки, стимулируемых электрическим током. Самым явным примером биокомпьютера может выступать человеческий мозг.
Ихуд Шапиро (Ehud чипы Shapiro) из Вейцманоского института естественных наук соорудил пластмассовую модель биологического компьютера высотой 30 см. Если бы это устройство состояло из настоящих биологических молекул, его размер был Бы равен размеру одного из компонентов клетки - 0,000025 мм. По мнению Шапиро, современные достижения в области сборки молекул позволяют создавать устройства клеточного размера, которое можно применять для биомониторинга.
Более традиционные ДНК-компьютеры в настоящее время используются для расшифровки генома живых существ. Пробы ДНК применяются для определения характеристик другого генетического материала: благодаря правилам спаривания спиралей ДНК, можно определить возможное расположение четырех базовых аминокислот (A, если C, T и G).
Чтобы давать полезную информацию, цепочки ДНК должны содержать по одному базовому элементу. Это достигается при помощи луча света и маски. Для получения ответа на тот или иной вопрос, относящийся к геному, может потребоваться до 80 масок, при помощи которых создается специальный чип стоимостью более 12 тыс. дол. Здесь-то и пригодилась микросхема DMD от Texas Instruments: ее микрозеркала, направляя свет, исключают потребность в масках.
Билл Дитто (Bill Ditto) из Технологического института штата Джорджия провел интересный эксперимент, подсоединив микродатчики к нескольким нейронам пиявки. Он обнаружил, что в зависимости от входного сигнала нейроны образуют новые взаимосвязи. Вероятно, биологические компьютеры, состоящие из нейроподобных элементов, в отличие от кремниевых устройств, смогут искать нужные решения посредством самопрограммирования. Дитто намерен использовать результаты своей работы для создания мозга роботов будущего.
Оптические компьютеры. По сравнению с тем, что обещают молекулярные или биологические компьютеры, оптические ПК могут показатьсяне очень впечатляющими. Однако ввиду того, что оптоволокно стало предпочтительным материалом для широкополосной связи, всем традиционным кремниевым устройствам, чтобы передать информацию на расстояние нескольких миль, приходится каждый раз преобразовывать есть электрические сигналы в световые и обратно.
Эти операции можно упростить, если заменить электронные компоненты чисто оптическими. Первыми станут оптические повторители и усилители оптоволоконных линий дальней связи, которые позволят сохранять сигнал в световой форме при передаче через все океаны и континенты. Со временем и сами компьютеры перейдут на оптическую основу, хотя первые модели, по-видимому, будут представлять собой гибриды с применением света и электричества. Оптический компьютер может быть меньше электрического, так как оптоволокно значительно тоньше (и быстрее) по сравнению с сопоставимыми по ширине полосы пропускания электрическими проводниками. По существу, применение электронных коммутаторов ограничивает быстродействие сетей примерно 50 Гбит/с. Чтобы достичь терабитных скоростей потребуются оптические коммутаторы (уже есть опытные образцы). Это объясняет, почему в телекоммуникациях побеждает оптоволокно: оно дает тысячекратное увеличение пропускной способности, причем мультиплексирование позволяет повысить ее еще больше. Инженеры пропускают по оптоволокну все больше и больше коротковолновых световых лучей. В последнее время для управления ими применяются чипы типа TI DMD с сотнями тысяч микрозеркал. Если первые трансатлантические медные кабели позволяли передавать всего 2500 Кбит/с, то первое поколение оптоволоконных кабелей - уже 280 Мбит/с. Кабель, проложенный сейчас, имеет теоретический предел пропускной способности в 10 Гбит/с на один световой луч определенной длины волны в одном оптическом волокне [17].
Недавно компания Quest Communications проложила оптический кабель с 96 волокнами (48 из них она зарезервировала для собственных нужд), причем по каждому волокну может пропускаться до восьми световых лучей с разной длиной волны. Возможно, что при дальнейшем развитии технологии мультиплексирования число лучей увеличится еще больше, что позволит расширять полосу пропускания без замены кабеля.
Целиком оптические компьютеры появятся через десятилетия, но работа в этом направлении идет сразу на нескольких фронтах. Например, ученые из университета Торонто создали молекулы жидких кристаллов, управляющие светом в фотонном кристалле на базе кремния. Они считают возможным создание оптических ключей и проводников, способных выполнять все функции электронных чипы компьютеров.
Однако прежде чем оптические компьютеры станут массовым продуктом, на оптические компоненты, вероятно, перейдетвся система связи - вплоть до «последней мили»на участке до дома или т офиса. В ближайшие 15 лет оптические коммутаторы, повторители, усилители и кабели заменят электрические компоненты.
Квантовые компьютеры. Квантовый компьютер будет состоять из компонентов субатомного размера, и работать по принципам квантовой механики. Квантовый мир - очень странное место, в котором объекты могут занимать два разных положения одновременно. Но именно эта странность и открывает новые возможности.
Например, один квантовый бит может принимать несколько значений одновременно, то есть находиться сразу в состояниях "включено", "выключено" и в переходном состоянии. 32 таких бита, называемых q-битами, могут образовать свыше 4 млрд комбинаций - вот истинный пример массово-паралельного компьютера. Однако, чтобы q-биты работали в квантовом устройстве, они должны взаимодействовать между собой. Пока ученым удалось связать друг с другом только три электрона.
Уже есть несколько действующих квантовых компонентов - как запоминающих, так и логических. Теоретически квантовые компьютеры могут состоять из атомов, молекул, атомных частиц или "псевдоатомов". Последний представляет собой четыре квантовых ячейки на кремниевой подложке, образующих квадрат, причем в каждой такой ячейке может находиться по электрону. Когда присутствуют два электрона, силы отталкивания заставляют их размещаться по диагонали. Одна диагональ соответствует логической "1", а вторая - "0". Ряд таких ячеек может служить проводником электронов, так как новые электроны будут выталкивать предыдущие в соседние ячейки. Компьютеру, построенному из таких элементов, не потребуется непрерывная подача энергии. Однажды занесенные в него электроны больше не покинут систему.
Теоретики утверждают, что компьютер, построенный на принципах квантовой механики, будет давать точные ответы, исключая возможность ошибки. Так как в основе квантовых вычислений лежат вероятностные законы, каждый q-бит на самом деле представляет собой и "1", и "0" с разной степенью вероятности. В результате действия этих законов менее вероятные (неправильные) значения практически исключаются.
2.5. Прогноз развития рынка ПК
Оценив общую ситуацию на рынке персональных компьютеров с 2011 по 2019 г., можно сделать вывод о том, что мировая конъюнктура ПК является неблагоприятной, т.к. спрос и производство имеют тенденцию к снижению. Отрицательную динамику показывает и международная торговля ПК, общий объем экспорта и импорта сокращается. При этом наблюдается и положительная динамика, но общий тренд спада будет сопровождаться и дальше. Причиной этому является современная мода на высокотехнологичные гаджеты.