50-летний юбилей интегральной схемы

Сегодняшние изобретения — основа преимуществ в будущем

 

11 февраля, в национальный День изобретателя (США), отмечается 50-я годовщина величайшего достижения нашего времени — изобретения интегральной схемы. В 1959 году Роберт Нойс (Robert Noyce), ставший позднее одним из основателей Intel, создал первую планарную интегрированную схему на основе кремния. Изобретение Нойса, которое представляло собой полную электронную схему, размещенную в небольшом кремниевом чипе, положило начало революционным изменениям в полупроводниковой промышленности Кремниевой долины. Практически во всех современных интегральных схемах в той или иной мере используется предложенная Нойсом производственная технология.

Интегральные схемы базируются на более раннем изобретении — транзисторах компании Bell Labs (1947 г.). Они быстро нашли применение в радиоприемниках, телефонах и телевизорах. Однако электронные устройства на базе дискретных транзисторов в индивидуальных корпусах оказывались более крупными, менее надежными и потребляли больше энергии, чем предполагали конструкторы. В первых интегральных схемах удалось разместить несколько транзисторов на одном чипе (прямоугольной кремниевой пластинке). Их производство было дешевле, а значит, стало возможно выпускать большие партии продукции. Сегодня одна микросхема может содержать более 2 млрд транзисторов.

Интегральные схемы применяются повсюду — в компьютерах, автомобилях, телевизорах, музыкальных плеерах, сотовых телефонах и кухонных устройствах, ими могут оснащаться даже визитки. Если бы Роберт Нойс не изобрел интегральную схему, существование бесчисленного множества современных устройств, процессов, сервисов, приборов и удобств было бы невозможным, поскольку электронные схемы до сих пор состояли бы из дискретных компонентов, занимающих слишком много места, потребляющих слишком много энергии и слишком ненадежных, чтобы их можно было применять на практике.

Сегодняшние изобретения — основа преимуществ в будущем

Еще совсем недавно вычислительные возможности завтрашнего дня — от технологии «очувствления» роботов и машинного восприятия до получения бесплатной энергии и изменения формы устройств — представлялись чем-то из области научной фантастики. Излишне говорить, что сейчас мы с каждым днем приближаемся к воплощению этих фантастических идей в жизнь. Более того, скорость внедрения технологических инноваций возрастает. В ближайшие 40 лет будет сделано не меньше изобретений, чем за последние 10 тыс. лет истории человечества.

Достижения в технологиях микросхем открывают дорогу к созданию множества новых приложений. Приближается время, когда одна микросхема сможет легко обрабатывать более триллиона арифметических операций в секунду. Подобные компьютеры с производительностью порядка терафлопс смогут расшифровывать нашу генную информацию за несколько минут, в режиме реального времени предоставлять врачам изображения, полученные методом аксиальной компьютерной томографии, или трехмерные изображения внутренних органов нашего тела. Благодаря технологическим инновациям в области многоядерных процессоров, новые виды устройств бытовой электроники и профессиональных систем смогут обрабатывать огромные объемы данных за короткое время, потребляя при этом меньше энергии, чем современные.

Достижения в области оптимизации энергопотребления позволят найти новые способы выявления и использования источников энергии для устройств бытовой электроники, которые не нужно будет подключать к электрической сети, — это обеспечит максимально экологичную обработку данных. Представьте себе устройства, способные извлекать «бесплатную» энергию из окружающей среды, в том числе самостоятельно обеспечивающие себя энергией датчики, устанавливаемые на мостах и зданиях для сбора и регистрации данных о деформациях и растяжениях. Для питания персональных электронных устройств вместо батареи можно будет использовать тепло человеческого тела, излучение вышек сотовой связи и даже энергию, выделяющуюся при нажатии кнопок смартфона во время отправки электронной почты. Энергоэффективность будущих портативных ПК позволит им потреблять гораздо меньше энергии, чтобы пользователи могли забыть о проблемах, связанных с питанием от батарей.

Благодаря достижениям в области многоядерной обработки данных и в сенсорных технологиях компьютеры смогут распознавать лица, здания и другие объекты. Пульт дистанционного управления телевизором будет определять, у кого в руках он находится, и автоматически переключаться на любимые программы этого телезрителя. Поскольку число ядер в будущих процессорах увеличится многократно, массовые суперкомпьютеры смогут создавать визуальные эффекты с качеством киносъемки, например в режиме реального времени строить трехмерные пейзажи, не отличимые от природных. Благодаря наличию множества ядер в вашем «сверхразумном» компьютере — настольном или мобильном ПК — домашнее видео с дрожащим изображением превратится в материал профессионального качества, а вы сможете воспользоваться функциями интеллектуального нелинейного монтажа и автоматически генерируемыми эффектами перехода.

Сегодня большинство роботов применяется в производственных помещениях, их задания или окружающая среда остаются неизменными. Давайте представим себе домашних роботов, способных не просто пылесосить ковер или изображать ручного динозаврика. Они смогут выгрузить посуду из посудомоечной машины и аккуратно сложить ваши носки. Самое важное — способность роботов к обучению перемещениям и использованию произвольных объектов, они должны уметь распознавать и обходить их, а также приспосабливаться к новым ситуациям. В настоящее время сенсорными методами пользуются рыбы, чтобы посредством электрических импульсов «осязать» объекты, не касаясь их; такой же подход можно будет реализовать в домашних роботах — и тогда они смогут захватывать объекты неправильной формы, не разбивая их. Не все роботы будут «натуральной величины». Некоторые из них будут невидимы невооруженным глазом. Представьте себе миллионы таких микророботов — «катомов» (catom), которые смогут самостоятельно группироваться в объекты произвольной формы, способные перемещаться, менять цвет и форму. Портативный компьютер можно будет сложить (и положить в карман), превратить в мобильный телефон (чтобы позвонить или отправить текстовое сообщение) или трансформировать в большой и плоский ПК — с клавиатурой и крупным дисплеем, удобным для выхода в Интернет.

Повсеместное использование беспроводных технологий откроет доступ к широким возможностям через компактные персональные устройства. Мобильный телефон или мобильное интернет-устройство сможет автоматически обнаруживать другой дисплей, запоминающее или вычислительное устройство, оказавшееся поблизости, и подключаться к нему. Видеоконтент автоматически начнет транслироваться с портативного устройства на экран в автомобиле или на плоский дисплей, расположенный на стене в гостиной.

Представьте себе возможность наблюдения за пациентом путем сбора данных, которые помогут выявить отклонения в его здоровье, изменение походки или привычных действий. Можно расположить по всему дому десятки, сотни и даже тысячи крохотных, питающихся от батарей компью теров и объединить их в сенсорную сеть. Эти беспроводные датчики специализированной сети смогут бесшумно собирать данные, в том числе сведения об освещенности, температуре, влажности или изменении походки. Беспроводные датчики передадут собранные данные по эстафете соседним устройствам и в конечном счете на целевой компьютер, где они будут обработаны или переданы через Интернет для дальнейшего анализа. Полученная информация поможет улучшить качество жизни пациентов преклонного возраста: они смогут находиться дома, а не в стационаре. Собранные данные также позволят повысить качество медицинского обслуживания за счет предупреждения заболевания или выявления его на ранней стадии, снижения стоимости лечения и облегчения ухода за больным для членов семьи и медперсонала. Благодаря беспроводным датчикам можно будет не просто наблюдать за деятельностью человека, но и выявлять у пациента поведенческие или физические изменения, возможно, свидетельствующие об обострении заболевания.

Все эти технологии находятся на этапе активных исследований и разработок. Точно прогнозировать будущее крайне сложно, гораздо легче изобретать его. Именно этому простому принципу следовали и следуют изобретатели всего мира. Можно и впрямь утверждать, что будущее станет таким, каким мы его изобретем.

 

В начало В начало

КомпьютерПресс 3'2009