|
"Еще недавно технология рассматривалась как простой набор рецептур и считалась, чем-то вторичным по отношению к культуре и науке. Но сейчас все яснее осознается, что совершенствование технологии лежит в основе развития цивилизации, а радикально новые формы человеческой культуры всегда сопряжены с рождением принципиально новых технологий."(В этом разделе используются материалы статьи В.Ф.Дорфмана "Микроэлектроника: Технологический прогресс", Вычислительная техника и ее применение,
2/1989).
Развитие технологий - важнейший элемент общего развития человечества
Двадцатый век отличается рождением большого числа новых технологий: биотехнологии молекулярно-генетического уровня, технологии органического синтеза искуственных веществ с заданными свойствами, технологии создания искуственных материалов (пластмассы, синтетика и т.д.), технологии получения искуственных кристаллов и сверчистыхтых веществ, лазерная, ядерная, космическая, экологического равновесия и создания новых экологических систем, информационные технологии и т.д. Технологическим
лидером современности можно считать микроэлектронику, формирующую элементную базу всех современных средств приема, передачи и обработки информации.
Новые качества приобретает человеческое общество в связи с широким внедрением компьютерных сетей. Широкое распространение получил Internet. Современный период характеризуется поиском новых технологий и новых архитектур.
Информационные технологии создают информационный фундамент развития всех других технологий. Развитие вычислительной техники во многом стало определять развитие человеческой цивилизации. Принято делить этапы развития вычислительной техники, связанные с развитием технологической базы на поколения. Процесс развития вычислительной техники можнно представить в виде дерева, где технологии - корни, питающие крону все более высоких уровней.
Корни дерева - технологии, чем глубже в структуру материи проникают корни, тем обширнее и выше крона. Проникновение корней в глубь новых технологий начиналось со сбора естественных продуктов питания, далее развивалась примитивная механическая технология, точная механика, технология получения чистых веществ, технология кристаллов, генная технология, нанотехнология и так далее.
Укрупняя деление машин на поколения, можно выделить 3 основные фазы развития Электронных средств обработки информации:
- домикроэлектронную, когда каждый компьютер был уникальным;
- промежуточную, когда наметилось множество путей развития вычислительной техники, от многопроцессорных суперкомпьютеров до широко доступных компьютеров;
- современную, когда созданы персональные компьютеры, способные удовлетворить запросы человека как на бытовом, так и на профессиональном уровне, созданы встраиваемые микропроцессорные устройства, управляющие работой простейших инструментов и сложнейших роботов. Развитие технологии приводит к новым достижениям в быстродействии компьютеров.
Рост интеграции свербольших интегральных схем и рост
производительности компьютеров
С годами менялись размеры элементов компьютера и минимальная ширина линий рису
а интегральных схем. Чем меньше размеры элементов, тем выше производительность компьютеров.
Пока технология развивается, в ней нет окончательно решенных проблем, более того, количество проблем растет перед преодолением очередного рубежа. Непрерывно усложняется структура приборов, возрастает количество внутренних связей. В сверхминиатюрных транзисторах плотности тока таковы, что ионы металла выносятся из узлов кристаллической решетки электронным ветром или полем. Плотность выделяемой мощности в отдельных точках кристалла выше, чем на поверхности Солнца. Электронны туннелируют
через сверхто
ие слои диэлектрика и захватываются в ловушках, создавая встроенный заряд и совершенно изменяя свойства прибора.
Минитиатюризация транзистора уже до уровня 1мкм*1мкм*1мкм позволяет разместить на пластине диаметром 200мм до 30 000 000 000 транзисторов только на одном уровне, если же создать твердотельную интегральную структуру в виде куба емкостью 1литр, то в нем можно разместить тысячу триллионов транзисторов. Такого количества транзисторов хватило бы для создания запоминающего устройства, достаточного по емкости для хранения всей информации, накопленной человечеством. Если же соорудить на такой основе
вычислительную систему, содержащую миллиард процессоров, можно получить валовую производительность 1018 операций в секунду. Нужно ли стремиться к соэданию таких систем? Несомненно!
Каковы же возможности "искуственного интеллекта" по сравнению с природным интеллектом человека.
Мозг человека содержит предположительно около 1011 нейронов. Фу
ции каждого нейрона совершеннее фу
ций микропроцессора. Но дело не столько в выполняемых фу
циях, сколько в сложности организации связей. Каждый нейрон связан непосредственно с 1000 или 10 000 соседних нейронов. Связи обеспечивают универсальность нейронного аппарата, его гибкость, способность к неожиданным решениям и чрезвычайно высокое быстродействие при решении сложных задач.
Возможна ли для кристаллических структур сложность организации мозга?
К ответу на этот вопрос стремится человек, создавая системы искуственного интеллекта, совершенствуя технологию.
Две ветви эволюции ЭВМ развиваются параллельно, традиционная, связанная с обработкой символьной информации и неросетевая, моделирующая работу мозга.
Одним из первостепеннейших факторов, ограничивающих быстродействие БИС, является энерговыделение. Базовым элементом телекоммуникационных коммутаторов для сетей асинхронного режима передачи является коммутатор цифровых последовательных каналов с двумя входами и двумя выходами. Изготовленный с использованием технологии GaAs (арсенид галия), такой коммутатор потребляет 10 ватт на частоте 10 гигагерц. Нетрудно подсчитать, что для коммутации, скажем, 1024 каналов с достаточно скромной суммарной
пропускной способностью в 1 терабайт в секунду потребуется мощность 500 киловатт. Кроме того, тактовая частота в 10 гигагерц, вероятно, является предельной для современных полупроводниковых технологий.
Ситуация с оптическими устройствами, с одной стороны, более благоприятная, а с другой - еще более удручающая. Благоприятная, поскольку простые оптические компоненты (мультиплексоры, демультиплексоры и т.п.) могут работать на тактовых частотах 40 гигагерц и более. Удручающая - потому что по части энерговыделения даже самые прожорливые полупроводники на базе арсенида галлия не идут ни в какое сравнение с многоцветными лазерами. Нелишне подчеркнуть, что примитивная схемотехника оптических систем
все еще оставляет желать лучшего, делая их малопригодными для реализации вычислительных машин общего назначения.
Элегантной и экономичной альтернативой энергоненасытным оптическим компонентам и полупроводникам является сверхпроводниковая быстрая одноквантовая логика (БОКЛ) - элементная база петафлопного суперкомпьютера XXI века. О привлекательности БОКЛ говорит, например, такой факт: рекордная экспериментально измеренная тактовая частота сверхпроводникового Т-тригера, разработанного в Университете штата Нью-Йорк в США, составляет 750 гигагерц при потребляемой мощности всего в 0,1 микроватта!
Несомненно одно - полупроводниковая электроника подходит к своему последнему пределу, к последней черте, как по допустимой плотности дизайна, так и по тактовой частоте. За этой чертой - будущее, и оно принадлежит новым, пока еще экзотическим технологиям.
Вычислительная техника развивалась от вычислительных машин к средствам автоматизации труда белых воротничков. Повсеместное распространение персональных компьютеров создало предпосылки для их объединения в Сеть. Возникновение и бурное развитие глобальной Сети подвело эволюцию компьютеров к следующему неизбежному этапу - появлению сетевого разума. Вслед за компьютерами-калькуляторами и послушными исполнителями готовых алгоритмов в ближайшем будущем появятся обучающиеся программные
агенты. Их объединение в сетевое сообщество взаимодействующих друг с другом (и, конечно, со своими хозяевами) агентов создаст самообучающуюся среду, вполне аналогичную по своей способности к самоорганизации человеческому мозгу. И человеко-машинный симбиоз, каким уже давно является современное общество, перейдет на новый качественный уровень.
Источники информации
1.В.Ф.Дорфман. "Микроэлектроника: Технологический
прогресс", Вычислительная техника и ее применение,
2/1989.
2.Сергей Шумский. Нейросетевые агенты в интернете,
Компьютерра N4 от 08.02.2000
|
