Перспективные технологии: итоги и прогнозы

Сергей Асмаков, Наталия Елманова, Сергей Пахомов

Технологии, вышедшие на плато продуктивности

Инфраструктура бизнес-приложений

Средства повышения эффективности работы и поддержки принятия решений

Программное обеспечение для информационной безопасности

Управление предоставлением ИТ-услуг

Web-технологии

Электронные дисплеи

OLED- и LEP-дисплеи

Стереодисплеи на базе ЖК- и плазменных панелей

Электрофоретические дисплеи

Дисплеи на базе бистабильных ЖК-структур

Дисплеи на базе технологий SED, FED и NED

LCoS

IMOD

Технология электросмачивания

Пикопроекторы

Интерфейсы «компьютер — человек»

Автоматизированный синхронный перевод (Speech-to-Speech Translation)

Распознавание речи на ПК

Распознавание речи для мобильных устройств

Синтез речи

Машинный перевод

Распознавание рукописного текста

Распознавание жестов (Gesture Recognition)

Поиск на естественном языке

Интерфейс «мозг — компьютер»

Телекоммуникации

Системы платежей на базе бесконтактных чипов (NFC)

Сотовые сети четвертого поколения (4G)

Стационарное цифровое телевидение (эфир)

Цифровое ТВ для мобильных телефонов

Интернет­телевидение (IPTV)

Технологии обработки данных с учетом местоположения (Location-Aware Technology)

Сервисы, базирующиеся на местоположении (Location-Based Services)

Приложения, работающие с учетом местоположения (Location-aware applications)

Альтернативные источники питания

Компактные топливные элементы

Беспроводные зарядные устройства

Миниатюрные виброгенераторы

Технологии на замену кремния

Молекулярные транзисторы

Транзисторы на углеродных нанотрубках

Перспективные технологии памяти

Память на основе нанопереключателей (NRAM)

Память с изменением фазового состояния (PRAM, PCM)

Ферроэлектрическая память (FRAM)

Полимерная память (PFRAM)

Магнитная память (MRAM)

 

Создание новых технологий, их развитие и воплощение в коммерческих продуктах — процесс непрерывный и закономерный. Без появления передовых технологий остановился бы технический прогресс, а рыночную экономику ждал бы неминуемый коллапс. Однако каждая инновация имеет свои особенности и определенный потенциал — одна может лишь незначительно улучшить существующие решения, а другая способна совершить настоящий переворот в той или иной отрасли ИT-индустрии. Можно ли заранее оценить перспективность той или иной технологии?

К счастью, новые технологии появляются не каждый день. Это оставляет нам шанс разобраться в них раньше, чем они устареют и сойдут со сцены. Адекватная оценка потенциала готовящихся к выходу на рынок технологий важна для всех: пользователи получают стимул приобрести продукты с принципиально новыми возможностями, производители — расширить и разнообразить линейку предлагаемых решений, а бизнесмены — сделать выгодные инвестиции и получить хорошую прибыль.

Самостоятельно разобраться во всем многообразии современных ИT-технологий довольно сложно, и здесь на помощь приходят аналитики, обобщающие поток поступающих из различных источников данных и представляющие их в доступной для понимания форме. Одним из наиболее наглядных способов систематизации данных о развитии каких­либо процессов является графическое представление. Специалисты агентства Gartner, одного из ведущих мировых центров в области анализа современных ИT-технологий, создали графическую модель для представления данных о развитии новых технологий. Она получила название Hype Cycle, которое можно перевести как «цикл ажиотажа».

В соответствии с концепцией данной модели любая технология в процессе своего развития проходит пять стадий, каждая из которых соответствует определенной области графика (см. рисунок). Рассмотрим особенности каждого из этих периодов.

  1. Восход надежд (On the Rise/Technology Trigger) — область концептуальных технологий, обладающих, по мнению аналитиков и разработчиков, самым высоким потенциалом. Их ценность, как правило, не вызывает вопросов, но они являются еще недостаточно зрелыми для привлечения крупных инвестиций и внедрения в коммерческие продукты.
  2. Пик завышенных ожиданий (At the Peak/Peak of Inflated Expectations) — на этой стадии начинается массированная пропаганда преимуществ новой технологии в СМИ, привлекающая внимание общественности, а также потенциальных инвесторов и производителей. Стоит отметить, что подобные информационные кампании редко обходятся без откровенных спекуляций: аналитики с энтузиазмом составляют радужные отчеты о перспективах (зачастую умалчивая об уже известных недостатках и ограничениях) и прогнозируют вытеснение традиционных технологий по мере повсеместного внед-рения новинки. Инвесторы, соблазненные грандиозными перспективами, начинают вкладывать средства в исследовательские работы и создание работающих прототипов; конкуренты, почуяв запах денег, предлагают собственные клоны данного решения. Как правило, основания для оптимизма в большинстве случаев действительно есть, однако их масштабы сильно преувеличены. Инвестиции на данном этапе рискованны, так как потенциал технологии может быть явно переоценен. В некоторых случаях широко разрекламированное решение и вовсе оказывается пустышкой, сознательно раздутой для получения крупных грантов под те или иные исследования, представляющие интерес исключительно с точки зрения развития академической науки.
  3. Котловина разочарований (Sliding Into the Trough/Trough of Disillusionment) — после относительно недолгого периода раскрутки новинка либо сходит со сцены, либо занимает свое место в существующей инфраструктуре рынка. Энтузиазм сходит на нет, незадачливые инвесторы подсчитывают убытки, аналитики пишут отчеты о причинах неудач, а в глазах конечных пользователей широко разрекламированное решение теряет свою привлекательность. На этой стадии формируется негативное отношение к технологии, которая, с одной стороны, уже утратила статус новинки, а с другой — еще не продемонстрировала инвесторам и потенциальным пользователям свои убедительные преимущества по сравнению с существующими решениями. В процессе тестирования первых прототипов выявляется ряд существенных недостатков, которые отпугивают заинтересованных производителей. Мыльный пузырь, раздутый прессой вокруг перспективной разработки, лопается. Количество публикаций и упоминаний резко идет на убыль, и у многих создается впечатление, что данная технология ушла со сцены. Однако этот этап может оказаться наиболее привлекательным для инвесторов, так как перспективы применения данной технологии постепенно проясняются, а разработчик (или обладатель прав на изобретение), в связи со спадом интереса к технологии, становится более сговорчивым.
  4. Подъем жизнестойкости (Climbing the Slope/Slope of Enlightenment) — начинается новая стадия исследований, в ходе которой разработчики устраняют выявленные ранее недостатки, а также оптимизируют технологический процесс с учетом требований серийного производства. Начинается внедрение технологии в коммерческих продуктах. По мере роста количества пользователей и примеров успешной реализации данного решения наступает признание — сначала в среде специалистов, а затем и общественности. Инвестиции на данном этапе наименее рискованны, однако именно в этот момент крупные игроки соответствующего сегмента рынка стремятся поглотить небольшую компанию, сумевшую довести перспективную разработку до стадии серийного или предсерийного производства, — иногда для того, чтобы внедрить данную технологию в собственных изделиях, а в некоторых случаях — чтобы устранить потенциального конкурента и предать оригинальное изобретение забвению. Иногда небольшие компании-разработчики на этом этапе трансформируются в акционерные общества и входят в альянсы с одним или несколькими крупными игроками соответствующего сегмента рынка.
  5. Плато продуктивности (Entering the Plateau/Plateau of Productivity) — на этой стадии технология выходит на промышленный уровень и становится стабильно прибыльной, универсальной, общепризнанной и широко применяемой.

Стоит отметить, что развитие технологий по описанной модели в разные периоды времени происходит с различной скоростью. Более того, вовсе не обязательно, чтобы какая-то отдельно взятая технология последовательно проходила все пять этапов. Некоторые способны перескочить через тот или иной этап, в то время как другие периодически возвращаются на исходные позиции и начинают свой путь заново (такой цикл может повторяться несколько раз). Подобное происходило со многими технологиями — от распознавания рукописного ввода (сделав крупные инвестиции в ее развитие, компании из калифорнийской Кремниевой долины потеряли в общей сложности порядка миллиарда долларов) до Интернета (вспомните массовое разорение владельцев доменов зоны «.com» в начале минувшего десятилетия). Однако сегодня решения, которые когда­то уже вызывали разочарование (о чем все уже забыли), вновь обретают популярность.

 

1

Графическое представление модели Hype Cycle

Многие считают, что в современных условиях залогом успеха является первенство выхода на рынок с какой­то новой идеей или изобретением. Но в реальности очень часто рыночная ниша для новой технологии оказывается слишком узкой, а компании-производители, ухватившиеся за «перспективную» разработку и вложившие в ее развитие свои средства, слишком поздно это понимают. В ряде случаев потенциальные клиенты и партнеры оказываются просто не готовыми к внедрению новых технологий.

Более того, даже если ниша достаточно велика и рынок готов к принятию новой идеи, разработчикам необходимо отразить атаки конкурентов, работающих над воплощением похожих решений. Компании, которые не могут постоянно разрабатывать новые способы эффективного использования своих ресурсов, отбрасываются на обочину рынка, где им остается бороться только за стремительно сокращающиеся рыночные ниши.

В этом обзоре, состоящем из нескольких тематических статей, мы рассмотрим технологии, которые упоминались аналитиками в 2010 году в числе наиболее перспективных.

Технологии, применяемые в корпоративном секторе

Настоящий раздел посвящен технологиям и программному обеспечению, применяемому в корпоративном секторе, и изменениям в их развитии, произошедшим в течение прошедшего года. Подробнее об этих технологиях можно прочесть в статьях под общим названием «Перспективные технологии: итоги и прогнозы», опубликованных в январских номерах прошлого и позапрошлого годов.

Технологии, вышедшие на плато продуктивности

В настоящее время достаточно большое количество недавно появившихся технологий, предназначенных для корпоративного сектора, уже широко и активно применяются и, по сути, не могут быть отнесены к технологическим новинкам. Так, инструменты моделирования бизнес-процессов в последнее время применяются во многих отраслях в качестве неплохого способа повышения эффективности деятельности многих компаний. Интерес к средствам управления бизнес-правилами тоже постепенно растет.

 

1

Технологии, применяемые в корпоративном секторе

Технологии виртуализации на платформах, отличных от мэйнфреймов, также перестали считаться новшеством — прошедший год характеризовался не только тем, что было создано множество разнообразных решений в области виртуализации, но и появлением средств обеспечения их безопасности и массовым внедрением подобных решений в компаниях самого разного профиля. Архитектуру, ориентированную на сервисы, равно как и две лидирующие платформы разработки приложений (J2EE и Microsoft .NET), сегодня тоже сложно отнести к технологическим новинкам вследствие их широкого распространения. То же самое относится к еще недавно считавшимся новыми технологиям и средствам управления данными, таким как технологии создания хранилищ данных бизнес-приложений, средства управления информационным наполнением, корпоративные порталы, платформы для бизнес-анализа. В настоящее время не является новшеством применение Linux в качестве платформы для СУБД, а средства разработки, серверные операционные системы и серверы приложений с открытым кодом активно используются. И наконец, средства обеспечения доступа с помощью единой «точки входа» сегодня распространены довольно широко.

Инфраструктура бизнес-приложений

К архитектуре Cloud Computing (архитектура приложений, основанная на их выполнении на серверах удаленных центров обработки данных, в так называемом облаке) и к платформам для ее реализации (Cloud Platforms) сегодня, согласно утверждениям многих аналитических компаний, интерес немного снизился. Несмотря на определенные преимущества использования подобной архитектуры, такие как снижение затрат на аппаратное обеспечение и обслуживание приложений, ИТ-менеджеры многих компаний пока не считают ее стопроцентно надежной и безопасной.

Тем не менее сейчас набирает популярность концепция так называемого частного облака (Private cloud) — центра обработки даных, принадлежащего компании. Многим компаниям подобная концепция кажется привлекательной с точки зрения безопасности и эффективности, хотя период массового внедрения подобных решений еще не наступил. Архитектуры, основанные на службах данных (Data Service Architectures), которые нередко базируются на технологиях Cloud Computing, пока находятся на пике завышенных ожиданий.

По мнению аналитиков, сегодня заметен серьезный интерес к экстремальной обработке транзакций (Extreme Transaction Processing), представляющей собой чрезвычайно ресурсоемкую форму подобной обработки — от 10 тыс. одновременных попыток доступа (500 транзакций в секунду). Подобные приложения проектируются, разрабатываются, используются и поддерживаются на компьютерных кластерах и/или распределенных грид-сетях и вследствие этого отличаются высокой производительностью, масштабируемостью, надежностью и управляемостью.

В области клиентских технологий следует отметить рост интереса к Linux как к настольной ОС, особенно в качестве платформы для специализированных приложений и устройств (таких как платежные терминалы, смартфоны, устройства для чтения электронных книг), и можно считать, что данная платформа заняла свою нишу на рынке не только серверных, но и клиентских операционных систем.

Средства повышения эффективности работы и поддержки принятия решений

Открытые форматы офисных документов (Open XML, OpenDocument), такие как Office Open XML File Formats (OOXML) и Open Document Format for Office Applications, на данный момент стали вполне обыденным явлением и практически вышли на плато продуктивности. Офисные пакеты на основе Web 2.0 (Web 2.0 Office Productivity Suites), представляющие собой веб­приложения, обеспечивающие функциональность, схожую с функциональностью настольных офисных приложений, в последнее время получили заметное развитие, особенно после выпуска соответствующих решений рядом ведущих производителей программного обеспечения. Следует ожидать их массового распространения и выхода на плато продуктивности в ближайшее время.

Технологии поиска в видеоданных (Video Search) пока недостаточно развиты, однако в некоторые из них, такие как распознавание речи или поиск субтитров в видеоданных, по-прежнему вкладываются немалые средства.

Из технологий, близких к выходу на плато продуктивности и массовым внедрениям, в этой области интересны средства предсказательной аналитики (Predictive Аnalytics), объединяющие в себе методы статистики, Data Mining и теории игр и позволяющие на основе анализа текущих и прошлых событий предсказывать будущие события, что актуально при управлении рисками.

Из веб­технологий в этой области довольно высокий интерес сейчас привлекают технологии Mashup — интеграции информации, полученной из разных источников, с помощью простых, быстро создаваемых приложений с целью визуализации данных различного характера. На данный момент многие производители программного обеспечения выпускают инструменты, реализующие эти технологии и позволяющие значительно снизить стоимость разработки веб­приложений. Кроме того, на рынке доступно много онлайновых сервисов для подобных приложений.

Программное обеспечение для информационной безопасности

Управление цифровыми правами (Digital Rights Management, DRM) уже давно используется в средствах защиты цифрового контента от нелегального копирования. В корпоративном секторе эти технологии также начали применяться, но в целом выход технологий подобного класса на плато продуктивности ожидается в самое ближайшее время.

Технологии управления идентификацией (Identity Management) для доступа к разным серверам, службам и доменам сегодня используются достаточно широко благодаря появлению реализующих их решений ведущих производителей ПО, а также услуг аутсорсинга служб управления идентификацией. До выхода этих технологий на плато продуктивности осталось совсем немного времени. Технологии управления доступом к сети (Network Access Control) в последнее время начали активно использоваться в корпоративном секторе, и выход их на плато продуктивности — дело ближайшего будущего.

Технологии мониторинга и предотвращения активности приложений (Application Activity Monitoring and Prevention) предназначены для выявления и предотвращения подозрительных действий (таких как выполнение транзакций), не соответствующих политике безопасности. В настоящее время наблюдается некоторый спад интереса к подобным технологиям, однако в ближайшем будущем возможен постепенный рост интереса к ним.

Управление предоставлением ИТ-услуг

Такая область, как управление предоставлением ИТ-услуг, включает методологии управления ИТ-услугами, а также программное обес-печение для его поддержки.

Control Objectives for Information and Related Technology (CobiT) — это набор процессов для формирования целей ИТ и аудита ИT-услуг с целью проверки их соответствия требованиям компании. Данная область по-прежнему претерпевает некоторый спад интереса к ней, хотя проекты внедрения процессов CobiT в некоторых компаниях, возможно, будут реализованы. В отличие от относительно новых рекомендаций CobiT, рекомендации библиотеки Information Technology Infrastructure Library (ITIL), передового опыта оказания ИТ-услуг, применяются в ряде крупных компаний и учтены во многих продуктах для управления ИТ-инфраструктурой, и внедрение процессов ITIL в компаниях происходит сейчас довольно активно.

Средства управления портфелями ИТ-услуг (IT Service Portfolio Management Tools) предназначены для каталогизации стандартизованных ИТ-услуг и поддерживающих их архитектур, контрактов с поставщиками ИТ-услуг. Интерес к инструментам подобного класса в настоящее время постепенно растет, особенно среди компаний, не имеющих собственной развитой ИТ-инфраструктуры, но пользующихся ИТ-услугами других организаций.

Средства управления приложениями (Application Management) применяются сегодня во многих компаниях, несмотря на довольно высокую стоимость их внедрения. Выхода соответствующих технологий на плато продуктивности следует ожидать в ближайшее время.

Web-технологии

Электронные микроплатежи (Internet Micro-payment systems) — транзакции объемом до 15 долл. с минимальной комиссией за перевод или вообще без комиссии. В течение последних пяти лет объем микроплатежей рос бурными темпами. Основной причиной этого роста аналитики называют повсеместное распространение мобильных телефонов, а также спрос на цифровой контент в Интернете — именно мобильный и цифровой контент сейчас является основным рынком для микроплатежей. На данный момент подобные системы близки к плато продуктивности.

Интернет­магазины мобильных приложений (Mobile Application stores) — относительно новый, но бурно развивающийся рынок услуг по продаже мобильных приложений, оказываемых производителями мобильных устройств и программного обеспечения, а также телекоммуникационными компаниями, в первую очередь — операторами сотовой связи. Повсеместное распространение подобного рода услуг ожидается в самое ближайшее время.

Activity Streams — это открытая спецификация формата протоколов действий, предпринятых посетителем сайта. Следование этой спецификации позволяет осуществлять обмен сведениями об активности пользователей между различными веб­приложениями, например между сайтами социальных сетей и сайтами, предоствляющими различные онлайновые сервисы. В последнее время обмену подобными данными уделяется серьезное внимание, в том числе и ведущими производителями программного обеспечения. В настоящее время ожидания в этой области весьма высоки.

Context Delivery Architecture (CoDA) — это архитектура предоставления информации, применяющая, помимо исходных данных, так называемый контекст пользователя (например, сведения о его местоположении, предпочтениях и т.д.); с точки зрения аналитиков Gartner, она должна стать эволюцией архитектуры SOA (Service-Oriented Architecture — архитектура, основанная на сервисах). Пока сама концепция CoDA находится в зачаточном состоянии, но похожие на CoDA сервисы в последнее время стали доступны в поисковых системах, где результат поискового запроса может зависеть от местоположения пользователя.

Электронные дисплеи

OLED- и LEP-дисплеи

OLED и LEP — родственные технологии, позволяющие создавать излучающие электронные дисплеи на базе люминесцирующих материалов. Работы в области создания и производства OLED- и LEP-дисплеев, а также оптимизации характеристик органических светоизлучающих материалов в настоящее время ведут компании Cambridge Display Technologies (CDT), DuPont, LG Electronics, Philips, Pioneer, RiTdisplay, Samsung SDI, Sanyo Epson Imaging Device Corporation, Sony, Toshiba и Universal Display Corporation.

 

1

Электронные дисплеи

Наиболее актуальные проблемы, над решением которых работают в настоящее время ученые и инженеры, — повышение долговечности светоизлучающих материалов, применяемых в OLED-дисплеях, а также увеличение максимального размера дисплейных панелей, изготавливаемых на базе этой технологии.

На протяжении уже нескольких лет OLED- и LEP-дисплеи небольших размеров используются в серийно выпускаемых электронных устройствах (таких как автомагнитолы, портативные медиаплееры, сотовые телефоны и пр.). В 2008 году компания Sony выпустила первую серийную модель телевизора с OLED-экраном. В минувшем году LG Electronics начала производство телевизора EL9500 с 15-дюймовым OLED-экраном. В ходе ряда международных выставок были продемонстрированы прототипы OLED-телевизоров LG (с 31-дюймовым экраном) и Sony (с 24,5-дюймовым). Впрочем, подобные устройства пока остаются экзотикой: серийно выпускаемые модели можно пересчитать по пальцам одной руки, а их цены способны вызвать легкий шок.

 

1

Смартфон HTC Desire
оснащен 3,7-дюймовым цветным
OLED-дисплеем

Что касается портативных ПК, то ни один из производителей так и не представил серийных моделей с дисплейными панелями на базе OLED. Впрочем, на проходившей год назад выставке CES 2010 некоторые компании (в частности, Dell и Samsung) продемонстрировали работающие прототипы подобных ноутбуков, причем у ПК корейской компании дисплейная панель сделана прозрачной. Представители Samsung даже заявили, что ждать появления серийных устройств осталось совсем недолго.

 

1

Прототип OLED-телевизора LG Electronics

В настоящее время OLED-дисплеи небольшого размера уже прочно закрепились в сегменте портативных электронных устройств. Что касается OLED-дисплеев со средним и большим размером экрана, то процесс их внедрения в коммерческих продуктах идет крайне медленно, и предпосылок к изменению сложившейся ситуации пока не наблюдается. Несмотря на то что OLED-дисплеи имеют ряд принципиальных преимуществ над ЖК-панелями, последние пока не собираются уступать завоеванные рыночные позиции. Популярность дисплеев и телевизоров на базе ЖК-панелей обусловлена двумя факторами. Во­первых, развитие ЖК-технологии продолжается и, благодаря внедрению новых решений (таких, например, как светодиодные модули подсветки, новые типы матриц и т.д.), обеспечивается рост качественных и количественных характеристик ЖК-панелей. Во­вторых, растущие год от года объемы производства позволяют последовательно снижать цены на ЖК-мониторы и ЖК-телевизоры. Таким образом, в течение как минимум двух-трех ближайших лет вряд ли следует ожидать заметного увеличения доли OLED-дисплеев в сегменте устройств с экранами среднего и большого размера.

Стереодисплеи на базе ЖК- и плазменных панелей

В минувшем году началось массовое внедрение стереоскопических дисплеев в бытовой аппаратуре и ПК. Всего за нескольких месяцев в продаже появилось большое количество моделей телевизоров, компьютерных мониторов и ноутбуков, позволяющих воспроизводить стереоскопические изображения и видео.

Компании Samsung, Sony, Panasonic, Philips, LG, Toshiba и другие выпустили ЖК- и плазменные телевизоры, обеспечивающие возможность воспроизведения стереоскопического видеоконтента. Кроме того, в продажу поступили видеопроигрыватели, позволяющие считывать и транслировать видеозаписи в стереоскопическом формате.

Компании AMD и NVIDIA представили ряд решений, обеспечивающих возможность отображения стереоскопического видеоконтента на дисплеях как портативных, так и настольных ПК. В линейках многих производителей ноутбуков (в том числе ASUS, Acer, Dell, MSI, LG, Lenovo и Toshiba) в 2010 году появились модели с функцией просмотра стереоскопических изображений и видео.

 

1

Владельцы спутниковых ресиверов и новых моделей
телевизоров могли смотреть трансляции матчей
ЧМ-2010 по футболу в стереоформате

Однако по большому счету нынешний ажиотаж вокруг так называемого 3D-видео (которое все­таки корректнее называть стереоскопическим) был раздут искусственно. Будем объективны: в 2009-2010 годах не было отмечено появления принципиально новых технологий в этой области. Кроме того, объемы доступного пользователям стереоскопического видеоконтента, даже по самым оптимистичным оценкам, не дотягивают до критической массы, способной создать у пользователей реальную потребность в приобретении соответствующего оборудования.

Таким образом, причину, побудившую производителей начать массированную кампанию по выпуску и продвижению оборудования для воспроизведения стереоскопического видеоконтента, необходимо искать в экономической плоскости. Результаты кризисного 2009 года для подавляющего большинства производителей трудно назвать иначе, чем катастрофой. Чтобы максимально быстро и эффективно выправить сложившуюся ситуацию, требовалось срочно выбросить на рынок качественно новую категорию продуктов, которая, с одной стороны, смогла бы всерьез заинтересовать массового потребителя, а с другой — не требовала бы крупных инвестиций и значительных затрат рабочего времени на научно-исследовательские работы. Стереоскопическое видео как нельзя лучше подошло на роль палочки­выручалочки, ведь разницу между обычным (двумерным) и стереоизображением не способен заметить разве что слепой. К тому же изобретать ничего не требовалось: различные технологии, позволяющие воспроизводить на плоском экране цветное стереоскопическое изображение (как при помощи вспомогательных средств, так и без них), были разработаны и даже реализованы в ряде мелкосерийных устройств уже довольно давно. Оставалось лишь выбрать наиболее подходящее решение и реализовать его в своих продуктах.

На этот раз весьма оперативно сработали организации, ведающие вопросами стандартизации: к началу 2010 года были разработаны и утверждены спецификации формата Blu-ray 3D, позволяющего записывать стереоскопическое видео высокой четкости на носители Blu-ray Disc, и интерфейса HDMI 1.4, обеспечивающего передачу такого видеосигнала на телевизор или дисплейную панель.

Минувший год, безусловно, стал началом масштабного внедрения технологий визуализации стереоскопического видеоконтента в массовые продукты. Однако необходимо иметь в виду, что быстро раздутый мыльный пузырь 3D-видео может в одночасье лопнуть. Подводя предварительные итоги 2010 года, многие аналитики отметили в своих отчетах, что фактические объемы продаж оборудования для воспроизведения стереоскопического видео оказались ниже ожидаемых. Эти выводы вполне согласуются с результатами опроса, проведенного в конце прошлого года по-пулярным российским ресурсом 3DNews (http://www.3dnews.ru/). Более 85% респондентов заявили, что не располагают оборудованием для воспроизведения стереоскопического видео и считают нецелесообразным приобретать подобную аппаратуру в ближайшем будущем.

По мнению аналитиков, основными причинами низкого спроса являются дороговизна оборудования и крайне малое количество доступного конечным пользователям стереоскопического видеоконтента. Ситуация усугубляется и тем, что многие производители выбрали наименее затратный во внедрении, но отнюдь не самый эффективный и удобный с точки зрения конечных пользователей вариант реализации технологии визуализации стереоскопического видео, который предусматривает необходимость надевать специальные очки с активной электроникой.

Таким образом, в 2011-2012 годах возможны два варианта развития событий. Если производители не смогут достаточно оперативно отреагировать на реакцию рынка, то наблюдавшийся в минувшем году бум 3D-видео закончится стремительным закатом. Впрочем, шансы на выживание пока сохраняются. Но для этого необходимо как минимум снизить цены на оборудование до приемлемого уровня и значительно увеличить ассортимент предлагаемого пользователям стереоскопического видеоконтента, причем сделать это придется в предельно сжатые сроки. Кроме того, важным фактором станет переход от ныне распространенных решений, предусматривающих использование вспомогательных средств (очков), к более прогрессивным технологиям, позволяющим создавать автостереоскопические дисплеи.

Электрофоретические дисплеи

Электрофоретические дисплеи являются одним из ярких примеров того, как создание технологии может привести к появлению абсолютно нового класса устройств. Ведь именно благодаря ученым и инженерам, создавшим электрофоретические дисплеи, мы имеем возможность читать книги на экране компактных, удобных и экономичных электронных ридеров.

Наиболее известной и широко распространенной в настоящее время разновидностью электрофоретических дисплеев являются дисплейные панели на базе технологии электронных чернил (e-ink), разработанной компаниями E Ink и Philips.

В настоящее время развитие технологии e-ink продолжается: ученые и инженеры работают над улучшением как количественных (разрешение, размер экрана), так и качественных характеристик подобных дисплеев (белизны, уровня контрастности и т.д.). В середине минувшего года E Ink представила новейшую разработку в области монохромных дисплеев подобного типа — технологию Pearl. Как утверждают разработчики, изображение на экранах дисплеев, изготовленных по данной технологии, характеризуется более светлым фоном и на 50% увеличенным показателем контрастности по сравнению с изделиями предыдущего поколения (e-ink VixPlex). Первыми ридерами, в которых будут установлены дисплеи e-ink Pearl, станут новые модели Kindle и Sony.

 

1

Один из бестселлеров 2010 года — ридер PocketBook 360°
с 5-дюймовым экраном на базе технологии e-ink

В 2009 году у технологии E Ink появился серь-езный конкурент. Произошло это после того, как компания AU Optronics приобрела активы небольшой компании SiPix Imaging, в числе которых была и запатентованная технология изготовления монохромных отражающих электрофоретических дисплеев SiPix Microcup.

Первые модели ридеров с экранами SiPix планировалось выпустить в самом начале 2010 года, однако из-за ряда технических проблем серийное производство дисплейных панелей на базе данной технологии удалось наладить лишь к середине лета. Вследствие этого дебют ожидавшихся еще весной моделей пришлось перенести на осень.

Если говорить о российской рознице, то к концу прошлого года в продаже фактически было представлено единственное устройство, оснащенное 6-дюймовым дисплеем SiPix, правда клонированное сразу в трех вариантах: «Айчиталка», Onext Touch & Read и Mr.Book Clever.

 

1

Onext Touch & Read — одна из первых
появившихся в России моделей ридеров,
оснащенных дисплеем SiPix

В связи с небольшой долей ридеров с дисплеями SiPix пока очень сложно говорить о реальной конкуренции этих устройств с моделями, оснащенными экранами на базе технологии e-ink. Однако в наступившем году ситуация может заметно измениться, особенно по мере увеличения доли моделей с 9,7-дюймовыми дисплеями.

Сейчас уже можно с уверенностью говорить о том, что монохромные дисплеи на базе технологии e-ink вступили в пору технологической зрелости. Объемы поставок оснащенных подобными экранами устройств растут быстрыми темпами. Что касается технологии SiPix, то она в настоящее время находится на пороге коммерциализации.

 

1

Прототип ридера с цветным экраном
на базе технологии E Ink Triton

Завершая рассмотрение данной темы, необходимо упомянуть о перспективных разработках, позволяющих создавать цветные электрофоретические дисплеи. В 2009 году компания Fujitsu анонсировала первый серийный ридер FLEPia, оснащенный цветным 8-дюймовым дисплеем на базе технологии электронных чернил. В ноябре минувшего года компания E Ink представила технологию E Ink Triton, на базе которой можно создавать цветные электрофоретические дисплеи. Фактически это монохромный дисплей e-ink, дополненный массивом прозрачных светофильтров. Каждый элемент изображения формируется из четырех субпикселов — красного, зеленого, синего и белого. Правда, пока такие устройства способны отображать лишь несколько тысяч цветов, а следовательно, не могут похвастаться широтой цветового охвата.

Перспективы цветных электрофоретических дисплеев пока весьма туманны, особенно с учетом прогресса, которого удалось добиться разработчикам конкурирующих решений, в частности ChLCD, Mirasol и Liquavista (см. далее).

Дисплеи на базе бистабильных ЖК-структур

В последние годы разработчики портативных электронных устройств обращают всё более пристальное внимание на дисплеи, созданные на базе бистабильных ЖК-структур. Начиная с 1993 года работы в области создания дисплеев на базе холестерических жидких кристаллов (Cholesteric Liquid Crystal Display, ChLCD) ведет компания Kent Displays. Разработкой и производством монохромных дисплейных панелей на базе бистабильных ЖК-структур занимается также шведская компания LC-TEC Displays.

В настоящее время технология ChLCD находится в стадии коммерциализации. Монохромные дисплеи на базе бистабильных ЖК-структур применяются в разного рода информационных системах (табло, вывески и т.д.), а также в портативных электронных устройствах.

В 2009-2010 годах представители ряда компаний (в частности, Samsung) заявляли о том, что их сотрудники ведут работы по созданию цветных отражающих дисплеев на базе технологии ChLCD, предназначенных для использования в электронных ридерах. Правда, серийные модели с подобными экранами пока не анонсировал ни один производитель.

 

1

Прототип дисплейной панели eSkins,
созданный разработчиками НР

Одно из новых направлений применения дисплеев на базе ChLCD — создание активных элементов дизайна электронных устройств, которые получили обобщенное название electronic skins, или eSkins. По своей сути eSkins — это качественно новое воплощение концепции сменных панелей, позволяющее обновить внешний вид устройства без необходимости разбирать его корпус. Меняющие цвет панели изготавливаются на гибкой пластиковой подложке и имеют толщину всего 65 мкм, что позволяет без труда изгибать и резать их для придания требуемой формы. Кроме того, технология производства предусматривает возможность делать в панели отверстия для органов управления, индикаторов и т.п.

Собственную технологию изготовления дисплейных панелей eSkins, которые позволят персонифицировать внешний вид различных электронных устройств, продемонстрировала в минувшем году и компания НР. Дисплеи eSkins представляют собой цветную пленку, которую можно приклеить к корпусу мобильного телефона, медиаплеера, ноутбука и т.д.

Дисплеи на базе технологий SED, FED и NED

Группа из трех родственных технологий — FED (Field Emission Display), SED (Surface-conduction Electron-emitter Display) и NED (Nanotube Emissive Display) — является качественно новой ступенью развития дисплеев на базе электронно­лучевой трубки (ЭЛТ). Однако вследствие довольно сложного производственного процесса выпуск таких устройств может стать рентабельным лишь при изготовлении панелей с относительно большим размером экрана (50 дюймов и более).

Компания Canon рассчитывала приступить к серийному производству SED-телевизоров еще в конце 2006 года, однако в силу ряда причин осуществить эти планы не удалось. Провалом закончилась попытка другой крупной японской компании — Sony — начать серийный выпуск телевизоров на базе FED-панелей. В конце 2006 года Sony совместно с технологическим фондом Technology Carve-out Investment Fund основала предприятие Field Emission Technologies (FET), которое и должно было осуществить данный проект. Однако в 2009 году проект был закрыт, а компания FET прекратила свое существование. В конце прошлого года в японском издании Nikkei появилась информация о том, что компания AU Optronics якобы планирует приступить к серийному выпуску FED-панелей с размером экрана от 20 до 32 дюймов по диагонали уже в IV квартале 2011 года. В свою очередь, представитель AU Optronics официально опроверг это сообщение, уточнив при этом, что компания действительно ведет работы по совершенствованию технологии FED, однако пока не планирует приступать к массовому производству дисплейных панелей подобного типа.

В настоящее время технология SED уже полностью готова к внедрению в серийно выпускаемые устройства, однако реализация данного проекта отложена на неопределенный период. В свете динамики цен на ЖК-панели и ужесточения законодательства, регламентирующего нормы энерогопотребления бытовых устройств, вероятность появления серийных моделей SED-телевизоров невелика.

LCoS

Технология LCoS была разработана компанией Philips для применения в проекционных устройствах. В настоящее время данная технология находится в стадии коммерциализации. Различные виды LCoS-панелей используются в серийно выпускаемых моделях проекционных телевизоров и мультимедиапроекторов (в том числе миниатюрных — см. раздел «Пикопроекторы»). Развитием данной технологии занимаются исследовательские группы компаний Hitachi, Sony и JVC. Начиная с 2007 года Sony выпускает проекторы класса Full HD, построенные на базе технологии SXRD (Silicon X-tal Reflective Display), фактически являющейся фирменной интерпретацией LCoS. Модели на базе технологии LCoS представлены и в линейке проекторов Canon REALiS. Во второй половине минувшего года собственную конструкцию проектора на базе трех отражающих ЖК-панелей представила компания Epson.

IMOD

В 2006 году в различных СМИ стала появляться информация о работах по созданию принципиально новой технологии электронных дисплеев — Interference Modulator, или IMOD. В настоящее время развитием и продвижением технологии IMOD под коммерческим названием Mirasol занимается компания Qualcomm.

Начиная с 2008 года цветные и монохромные дисплеи Mirasol небольшого размера используются в серийно выпускаемых продуктах: портативных медиаплеерах, GPS-навигаторах, сотовых телефонах и т.д.

 

1

Прототип устройства для чтения электронных книг,
оснащенный цветным 5,7-дюймовым экраном Mirasol

В начале минувшего года представители Qualcomm продемонстрировали работающий прототип ридера, оснащенного цветным 5,7-дюймовым дисплеем Mirasol, имеющим разрешение 1024x768 пикселов. Кроме того, было заявлено, что серийные продукты с такими дисплеями появятся в продаже уже в 2011 году.

На данный момент технология IMOD находится на пороге коммерциализации, и некоторые производители портативных электронных устройств уже объявили о своем намерении выпустить серийные продукты с дисплеями Mirasol в 2011 году.

Технология электросмачивания

Принцип работы дисплеев на базе технологии электросмачивания (electrowetting) известен уже довольно давно, однако до недавнего времени ни один производитель не отваживался выпустить серийный продукт с подобным экраном. В середине минувшего года о готовности в ближайшее время выйти на массовый рынок с дисплеями на базе технологии электросмачивания заявила базирующаяся в Нидерландах компания Liquavista. Созданная ее сотрудниками технология получила весьма амбициозное название — LCD 2.0.

 

1

Электронные ридеры являются одной из сфер
применения дисплеев на базе технологии
Liquavista LCD 2.0

По словам представителей Liquavista, компания готова начать массовое производство трех разновидностей дисплейных панелей: LiquavistaBright (монохромные активноматричные отражающие дисплеи), LiquavistaColor (цветные отражающие дисплеи с большими уголами обзора) и LiquavistaVivid — трансфлективные дисплеи, способные функционировать либо в монохромном (без использования подсветки), либо в цветном режиме (с включенной подсветкой). На нынешнем этапе развития технологии возможно производство дисплейных панелей с размером экрана от 1,8 до 8,5 дюймов. Работающие прототипы дисплейных панелей на базе технологии Liquavista LCD 2.0 были продемонстрированы в ходе ряда крупнейших мировых форумов, прошедших во второй половине минувшего года. По мнению разработчиков, подобные дисплеи отлично подходят для использования в электронных ридерах, мобильных телефонах, портативных медиапроигрывателях, цифровых фото- и видеокамерах, GPS-навигаторах и т.д. В октябре Liquavista представила перспективную разработку — дисплейную панель на гибкой подложке.

Оценивать рыночные перспективы технологии Liquavista LCD 2.0 пока очень сложно. Во­первых, еще нет точных данных о себестоимости этих дисплейных панелей. Во­вторых, неизвестно, удастся ли руководителям Liquavista договориться с кем­либо из крупных производителей портативных электронных устройств о внедрении таких дисплеев в серийно выпускаемые продукты. Не исключено, что ответы на эти вопросы появятся уже в начале наступившего года, о чем мы, разумеется, сообщим на страницах нашего журнала.

Пикопроекторы

Термин «пикопроектор», введенный в обращение специалистами компании Texas Instruments (TI), обозначает группу миниатюрных проекционных устройств, которые могут быть использованы как для создания мультимедиапроекторов карманного размера, так и в качестве модулей, встраиваемых в мобильные устройства (сотовые телефоны, портативные медиаплееры и пр.). Создание пикопроекторов возможно на базе нескольких различных технологий. Разработкой решений для этого сегмента занимаются компании Texas Instruments, Microvision, Displaytech и др.

В настоящее время пикопроекторы находятся на начальной стадии коммерциализации. Интерес разработчиков портативных электронных устройств к миниатюрным проекторам выглядит вполне закономерным, поскольку, в отличие от обычных дисплеев, такое решение позволяет отображать картинку, размеры которой многократно превосходят габариты самого аппарата.

 

1

Coolpix S1100pj — уже вторая по счету модель
цифрового фотоаппарата Nikon, оснащенная
встроенным проектором

За последний год заметно расширился ассортимент серийных устройств, оснащенных миниатюрными проекционными модулями. В нем присутствуют портативные цифровые медиаплееры, мобильные телефоны и смартфоны, цифровые фотокамеры и т.д. И хотя доля подобных устройств по-прежнему остается небольшой, количество новых моделей год от года увеличивается, что свидетельствует о росте интереса производителей и конечных пользователей к данному решению.

Интерфейсы «компьютер — человек»

Автоматизированный синхронный перевод (Speech-to-Speech Translation)

Создание систем автоматизированного синхронного перевода с одного языка на другой является комплексной задачей, для решения которой необходимо располагать эффективными алгоритмами реализации нескольких составляющих. Наиболее важными компонентами являются модули достоверного распознавания живой речи, машинного перевода текста и синтеза речи по тексту. Исследовательские работы в этих областях ведут коллективы компаний IBM, Intel, Spoken Translation и др.

 

1

Интерфейсы «компьютер — человек»

Наибольших успехов удалось добиться создателям систем синтеза речи по тексту. Серьезный прогресс достигнут и в области машинного перевода, но до полного решения этой задачи пока еще очень далеко. Результаты работ в области автоматического распознавания живой речи с последующим преобразованием ее в текст пока что весьма скромные: приемлемую точность обеспечивают только системы для специализированных текстов с ограниченным словарем (например, диктографы для врачей и экспертов).

На данном этапе развития технологий пока нет практической возможности решить общую задачу, то есть реализовать автоматизированный синхронный перевод с одного языка на другой с приемлемой (для передачи смысла) точностью. В то же время отдельные компоненты, изначально создававшиеся для решения этой задачи, уже внедрены и успешно используются в коммерческих решениях.

Распознавание речи на ПК

Функции распознавания речи (правда, далеко не для всех языков) в настоящее время уже реализованы в ряде коммерческих продуктов, включая операционные системы и различные приложения. Работы в этой области ведут компании IBM, Intel, Microsoft, Nuance Communications, Philips Speech Processing и др. Из российских разработчиков стоит упомянуть «Центр речевых технологий» (ЦРТ).

Существующие алгоритмы распознавания живой речи позволяют реализовать пригодные для массового использования системы трансляции голосовых команд (отдельных слов), а также специализированные диктографы, оперирующие словарями объемом в несколько сотен слов. Например, в конце минувшего года упомянутый выше ЦРТ представил готовую к внедрению систему голосовой навигации VoiceNavigator, которая позволяет управлять банкоматом посредством голосовых команд. Ожидается, что уже в ближайшее время данное решение будет реализовано в банкоматах Сбербанка России.

К сожалению, у большинства подобных систем точность распознавания в значительной мере варьируется в зависимости от языка и особенностей дикции пользователя. Создать высокоэффективную систему преобразования живой речи в текст, способную заменить компьютерную клавиатуру при вводе больших объемов текста произвольного содержания, пока не удалось.

Распознавание речи для мобильных устройств

Проблемы, возникающие при создании систем распознавания речи для мобильных устройств, во многом схожи с описанными в предыдущем разделе. Однако есть и своя специфика, определяемая как особенностями аппаратной части, так и условиями эксплуатации. Во­первых, производительность процессоров, используемых в мобильных устройствах, гораздо ниже по сравнению с настольными ПК и полноразмерными ноутбуками. Вследствие этого разработчики вынуждены применять менее требовательные к аппаратным ресурсам алгоритмы распознавания. Во­вторых, мобильные устройства час­то используются на улице и в общественных местах, что значительно снижает качество звукового сигнала и требует применения эффективных решений для подавления шумов и фильтрации помех. При этом использование ресурсоемких программных решений невозможно в силу ограниченных возможностей аппаратной части.

 

1

Функции распознавания речи уже получили распространение
в мобильных устройствах

В настоящее время системы распознавания речи в мобильных устройствах применяются главным образом для реализации функции голосового управления.

Синтез речи

Технологии синтеза речи на нынешнем этапе развития обеспечивают достаточно понятное (для восприятия слушателем смысла) воспроизведение печатного текста. При этом обычно имеется возможность настраивать ряд парамет­ров голоса «электронного диктора»: выбирать его пол (мужской или женский), менять высоту и тембр, варьировать темп речи. Вместе с тем из-за отсутствия ряда важных компонентов живой речи (правильного интонирования, естественных пауз, изменения темпа и т.п.) смысл текста, произносимого диктором-роботом, усваивается хуже.

В настоящее время технологии синтеза речи находятся в стадии коммерциализации. Системы синтеза речи широко используются в call-центрах, автоматизированных системах оповещения и обслуживания абонентов телефонных сетей и т.д. Кроме того, функции синтеза речи реализованы в ряде портативных электронных устройств, в частности в автомобильных GPS-навигаторах, ридерах и некоторых других. В минувшем году модуль синтеза речи был встроен в онлайновый переводчик Google, благодаря чему переведенное слово или фразу теперь можно не только прочитать, но и прослушать.

В настоящее время технологии синтеза речи находятся в начальной стадии коммерциализации, однако несовершенство существующих решений пока в значительной мере ограничивает сферу их применения.

Машинный перевод

Существующие в настоящее время системы автоматического перевода текстов с одного языка на другой уже позволяют во многих случаях понять общий смысл исходного фрагмента и выдают вполне приемлемые результаты при работе со специализированными текстами небольшого объема: деловыми письмами, новостными сообщениями, спецификациями изделий и т.д. Вместе с тем получить действительно точный перевод текста, не привязанного к какой­либо конкретной тематике или профессиональной сфере (например, художественных произведений), пока не представляется возможным.

Обеспечить качественный скачок в развитии систем автоматизированного перевода может внедрение статистических методов и элементов искусственного интеллекта. В новом поколении систем автоматического перевода текстов предусмотрена возможность коррекции переведенного материала с применением огромной базы текстов, ранее переведенных людьми. Подобные решения уже используются в онлайновых системах автоматического перевода.

В конце минувшего года появилась информация о том, что отечественная компания ABBYY получит один из 16 грантов фонда «Сколково» для финансирования проекта Natural Language Compiler (NLC). Согласно информации от разработчиков, NLC представляет собой универсальную платформу искусственного интеллекта, предназначенную для анализа и извлечения нужной информации из большого массива документов на разных языках. Таким образом, на базе NLC можно реализовать не только ПО для автоматизированного перевода, но и системы, способные производить смысловой поиск по тексту, извлекать факты из неструктурированных текстов, анализировать и классифицировать электронные документы. Правда, сколько времени понадобится для того, чтобы создать коммерческие продукты на платформе NLC, определить пока невозможно: работы над этой технологией были начаты в 1995 году и продолжаются по сей день.

Распознавание рукописного текста

Работы по созданию эффективных алгоритмов распознавания рукописного текста ведутся уже более 20 лет. Строго говоря, специалисты различают два направления: распознавание по образу уже написанного текста (отсканированного оригинала) и распознавание с учетом траектории движения пера (стилуса). Именно второй метод обеспечивает гораздо более высокую точность распознавания и используется в карманных и планшетных ПК, специальных приложениях для графических планшетов, а также в многочисленных мобильных устройствах, оснащенных сенсорными экранами. Работы в этой области ведут компании IBM, Mirosoft, Paragon Software и др.

 

1

Интерес к технологиям распознавания
рукописного текста обусловлен увеличением
доли устройств с сенсорным экраном

В настоящее время технологии распознавания текста находятся в стадии коммерциализации и применяются в продуктах многих производителей. В ближайшие годы можно ожидать повышения интереса к подобным решениям, что объясняется увеличением доли ПК и мобильных устройств, оснащенных сенсорными дисплеями.

Распознавание жестов (Gesture Recognition)

Системы распознавания жестов являются одним из способов реализации интерфейса, позволяющего осуществлять ввод информации и управляющих команд в ПК и иные устройства без использования клавиатур и манипуляторов. Всё большее распространение получают системы распознавания жестов по последовательности графических образов (Motion Recognition, Motion Control и т.п.), работа которых базируется на анализе сигнала, считываемого с видеокамеры. Такой вариант оптимально подходит для применения в стационарных условиях — для управления ПК, игровой приставкой, мультимедийным центром и т.п.

Кроме того, существуют и более простые в реализации решения, базирующиеся на использовании датчиков ускорения (акселерометров), установленных в корпусе устройства и фиксирующих его перемещение в пространстве. Конечно, набор функциональных возможностей в данном случае не столь широк, зато этот вариант гораздо лучше подходит для малогабаритных портативных устройств: мобильных телефонов, карманных цифровых медиаплееров, фотоаппаратов и т.п.

 

1

Модуль Kinect

На протяжении уже нескольких лет системы распознавания жестов на базе акселерометров применяются в ряде моделей мобильных телефонов Apple, Nokia, Samsung, Sony Ericsson и других производителей. В течение нескольких последних лет в продаже появились серийные модели цифровых фотоаппаратов и портативных медиапроигрывателей, в которых реализована возможность управления основными функциями путем встряхивания корпуса или наклона его в разные стороны.

В минувшем году произошло событие, ставшее одной из важнейших вех в развитии технологий распознавания жестов. В ходе выставки Electronic Entertainment Expo (E3) корпорация Microsoft представила серийный образец системы Kinect — новаторского устройства ввода для игровых приставок XBox, который ранее был известен под кодовым названием project Natal.

Аппаратное оснащение Kinect включает пару цифровых видеокамер, микрофон, дальномер и мощный микропроцессор. Посредством видео­камер устройство в режиме реального времени отслеживает положение тела пользователя. Подключив систему Kinect к игровой приставке, можно управлять игровым процессом посредством движений, жестов и изменения позы. По замыслу разработчиков, Kinect может заменить множество специализированных игровых манипуляторов (геймпадов, джойстиков, рулей и т.д.) и сделать управление игровым процессом более простым и естественным.

Розничные продажи Kinect стартовали в ноябре минувшего года. Менее чем за месяц в мире было раскуплено более 2,5 млн модулей. Вскоре после начала продаж в Интернете появился свободно распространяемый драйвер, позволяющий использовать Kinect не только на XBox, но и на обычных ПК.

Хотя на данный момент Kinect позиционируется как игровое устройство, становится всё более очевидным, что в ближайшем будущем сфера его применения существенно расширится. Авторы наиболее смелых прогнозов и вовсе утверждают, что системы, подобные Kinect, уже через несколько лет начнут вытеснять со столов пользователей не только игровые манипуляторы, но и столь привычные нам мыши и клавиатуры.

Помимо Microsoft работы по созданию систем распознавания жестов ведут и другие компании. В конце прошлого года появилась информация о том, что небольшая бельгийская компания SoftKinetic готовится представить в начале нынешнего года собственную программную платформу iisu (сокращение от фразы interface is U, которую можно перевести как «интерфейс — это вы»). По словам разработчиков, данное решение позволит реализовать бесконтактный интерфейс для управления бытовой техникой при помощи жестов, воспринимаемых стереоскопической видеокамерой.

Успешный дебют Kinect красноречиво свидетельствует о том, что технологии распознавания жестов вышли на качественно новый уровень, позволяющий использовать их в массовых продуктах. Впрочем, темпы внедрения данного решения будут в значительной степени зависеть от расторопности разработчиков ОС и приложений, перед которыми сегодня стоит весьма непростая задача создания принципиально новых пользовательских интерфейсов, позволяющих в полной мере реализовать потенциал устройств ввода на базе технологии бесконтактного распознавания жестов.

Поиск на естественном языке

Для получения желаемого результата в большинстве поисковых систем Интернета необходимо формулировать запросы не на естественном, а на формализованном языке. При этом синтаксис и особенности в разных поисковых системах существенно различаются. По мере расширения аудитории интернет-пользователей всё более актуальным становится создание алгоритмов поиска на естественных языках, которые позволили бы отказаться от формализации запроса. Подобные решения реализованы в поисковых системах Ask.com, Hakia.com, Powerset.com и ряде других.

В настоящее время технология поиска на естественном языке находится на начальном этапе развития и пока малопригодна для массового использования. Необходимым условием для качественного развития систем поиска на естественном языке является появление принципиально новых решений на базе искусственного интеллекта. Возможно, одним из них станет упомянутая выше платформа NLC, разрабатываемая компанией ABBYY.

Интерфейс «мозг — компьютер»

В течение первого десятилетия XXI века были достигнуты значительные успехи в создании устройств, позволяющих вводить данные и передавать команды компьютеру силой мысли. Некоторые разработки уже реализованы в серийно выпускаемых устройствах. Так, в 2008 году в продаже появился первый игровой манипулятор подобного типа — Neural Impulse Actuator (NIA) компании OCZ. В 2009 году компания NeuroSky начала продажи игровой гарнитуры MindSet, в дужку которой встроены датчики нейроинтерфейса ThinkGear. В конце того же года компания Emotiv представила серийную модель EPOC — надеваемого на голову устройства, позволяющего управлять игровым процессом при помощи мимики, мыслей и эмоций. Для считывания мозговых импульсов в EPOC применяется метод бесконтактной электроэнцефалограммы.

 

1

Надеваемое на голову устройство EPOC, выпускаемое компанией Emotiv,
позволяет управлять игровым процессом при помощи мимики, мыслей и эмоций

К сожалению, дебют перечисленных устройств состоялся в не самое удачное время: мировой финансовый кризис заставил многих производителей урезать инвестиции в разработку перспективных технологий и пересмотреть свои планы, касающиеся внедрения их в новые продукты. Однако есть и другие причины, в силу которых массовое внедрение технологий для управления ПК силой мысли является делом не самого ближайшего будущего. Начнем с того, что перечисленные выше модели манипуляторов являются по своей сути высокотехнологичными игрушками, предназначенными для энтузиастов и ценителей технических новинок. Дело в том, что на современном этапе развития технология бесконтактного считывания нейроимпульсов не позволяет достичь приемлемых для массового использования стабильности распознавания и точности интерпретации считываемых сигналов. Как следствие, устройства необходимо калибровать для каждого пользователя, что требует немало времени. Нельзя не учитывать и то обстоятельство, что графические интерфейсы современных ОС и приложений ориентированы на управление посредством либо традиционных клавиатуры и мыши, либо сенсорного экрана.

В настоящее время работы в области создания полнофункционального интерфейса «мозг — компьютер» находятся на стадии научных исследований и конструирования экспериментальных прототипов. По мнению авторитетных специалистов, достичь значительного улучшения стабильности и точности распознавания нейроимпульсов можно путем использования вживляемых в мозг электродов. К сожалению, подобное решение в силу целого ряда причин неприемлемо для массового применения. Так что массового распространения интерфейсных устройств «мозг — компьютер» вряд ли стоит ожидать ранее 2020 года.

Телекоммуникации

Системы платежей на базе бесконтактных чипов (NFC)

Данное решение позволяет оплачивать недорогие покупки и услуги при помощи мобильного телефона, оборудованного специальным программным обеспечением и беспроводным чипом (Near-Field Communications, NFC). Для подтверждения платежа пользователю достаточно поднести свой телефон к считывающему устройству (радиус действия NFC-чипа составляет около 10 см).

 

1

Телекоммуникационные технологии

Внедрение мобильных платежных систем на базе технологии NFC позволит сделать гораздо более удобными расчеты при совершении небольших платежей. Во­первых, пользователю не нужно будет искать в кармане мелочь, а во-вторых, для считывания зашифрованного идентификационного кода потребуется значительно меньше времени, чем для совершения наличного расчета или подтверждения транзакции, осуществляемой посредством пластиковой банковской карты.

Системы платежей на базе NFC-чипов находятся на начальном этапе коммерциализации. Крупнейшие в мире поставщики беспроводных чипов для платежных систем на базе NFC — компании NXP Semiconductors (на ее долю приходится более двух третей мирового объема поставок) и Giesecke & Devrient. Наиболее масштабные проекты по внедрению систем платежей на базе NFC реализованы в Японии. Кроме того, пилотные проекты подобных систем запущены в США, Германии, Франции и ряде других стран. Организацией собственных сервисов для осуществления бесконтактных платежей активно занимаются крупнейшие мировые платежные системы — MasterCard (MasterCard PayPass) и Visa (Visa payWave).

Развивается это направление и в нашей стране. В минувшем году российские операторы «большой тройки» начали тестирование систем оплаты проезда в общественном транспорте посредством мобильных телефонов, оборудованных чипами NFC: МТС и «Мегафон» — соответственно в столичном и питерском мет­ро, а «Билайн» — в поездах «Аэроэкспресс».

 

1

Платежная карта VISA со встроенным NFC-чипом

К сожалению, существует ряд проблем, сдерживающих темпы распространения систем бесконтактных платежей на базе NFC. Это и определенные сложности технического характера (например, единый протокол для обмена данными между чипом NFC и SIM-картой мобильного телефона был стандартизован лишь в 2009 году, а до этого использовалось несколько несовместимых между собой частных решений), и несовершенство бизнес-модели.

Для реализации возможности работы с платежными системами необходимо не только развернуть соответствующую инфраструктуру (в частности, установить платежные терминалы в точках продаж), но и модернизировать аппаратную и программную часть используемых мобильных телефонов. По мнению аналитиков, для успешного продвижения систем бесконтактных платежей необходимо, чтобы как минимум 30% от общего количества находящихся в эксплуатации мобильных телефонов были оснащены NFC-чипами.

В 2011 году ожидается появление целого ряда массовых моделей мобильных телефонов и смартфонов, оборудованных NFC-чипами. О готовности к выпуску подобных устройств уже заявили такие известные производители сотовых трубок, как Nokia, Samsung и RIM. По словам представителей Nokia, чипы NFC и соответствующие программные функции будут встроены во все смартфоны 2011-го модельного года. Большой интерес к внедрению технологии NFC проявляет и компания Google. Так, выпускаемый под ее брендом смартфон Nexus S оборудован чипом NFC, а в мобильной ОС Google Android 2.3 реализована программная поддержка этой технологии. Кроме того, в минувшем году Google приобрела небольшую канадскую компанию Zetawire, специализирующуюся на разработках технологий в области мобильных платежей.

В декабре 2010 года компания Samsung объявила о намерении наладить выпуск NFC-чипов для мобильных телефонов на собственных производственных мощностях, чтобы удов-летворить растущий спрос на эти изделия. Корпорация Broadcom планирует в 2011 году приступить к выпуску недорогих процессоров для мобильных телефонов с поддержкой технологии NFC.

 

1

Один из вариантов модернизации мобильного телефона:
карточка формата microSD со встроенным NFC-чипом

Разработан и ряд решений для модернизации ранее выпущенных сотовых телефонов: SIM-карты со встроенным NFC-чипом, подключаемые NFC-модули в формфакторе карт памяти и даже беспроводные NFC-модули с интерфейсом Bluetooth, которые можно прикрепить с внутренней стороны крышки батарейного отсека телефона.

По мнению аналитиков компании iSuppli, в течение 2011 года интерес к мобильным платежам с применением технологии NFC будет расти. Решающим же станет 2012 год, когда увеличение количества предлагаемых сервисов и парка имеющегося у пользователей оборудования превысит критическую массу, позволяющую вывести данное решение на качественно новый уровень. Однако это произойдет лишь при условии, что поставщикам услуг и банкам удастся найти общий язык, чтобы разработать и внедрить эффективные бизнес-модели.

Сотовые сети четвертого поколения (4G)

Разработкой проектов по созданию сетей мобильной связи четвертого поколения (4th Generation, 4G) занимаются параллельно несколько международных организаций и комиссий: ITU-R (International Telecommunication Union Radiocommunication Sector — Сектор радиокоммуникаций международного телекоммуникационного союза), 3GPP (Third Generation Partnership Project — Партнерство по развитию сотовых сетей третьего поколения), IETF (Internet Engineering Task Force — Целевая группа по развитию Интернета) и WINNER (Wireless World Initiative New Radio — Инициативная группа по развитию беспроводных коммуникаций). Каждая из них предлагает собственные технические решения, стандарты и технологии для реализации сетей четвертного поколения. По этой причине четкого и однозначного определения стандарта мобильной связи четвертного поколения пока не существует. Можно говорить лишь о том, что в сетях 4G будет применяться пакетная передача данных по протоколу IPv6, а пропускная способность в направлении от базовой станции к абоненту составит не менее 10 Мбит/с.

Участники 3GPP (Third Generation Partnership Project) для реализации сотовых сетей 4G предлагают в качестве базовой использовать технологию LTE (Long Term Evolution), которая является эволюционным развитием стандартов GSM, UMTS и HSDPA. Окончательная редакция спецификации стандарта LTE был одобрена участниками 3GPP в январе 2008 года.

Группа компаний, возглавляемая Intel, предлагает строить сотовые сети четвертого поколения на базе технологии mobile WiMAX (IEEE 802.16e). В июне 2008 года с целью ускорения массового распространения технологии и оборудования mobile WiMAX компании Alcatel-Lucent, Cisco, Clearwire, Intel, Samsung Electronics и Sprint сформировали Открытый патентный альянс (Open Patent Alliance, OPA). В рамках OPA создан единый пул патентов WiMAX, доступ к которым на основе различных вариантов лицензирования и платежей получат все участники альянса.

Китайские телекоммуникационные компании планируют создавать сети четвертого поколения на базе оборудования стандарта TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access). Данное решение имеет ряд существенных отличий от наиболее распространенных в настоящее время WCDMA, GSM и UMTS и несовместимо на аппаратном уровне с оборудованием перечисленных стандартов.

Сети четвертого поколения, базирующиеся на стандарте mobile WiMAX, уже запущены в коммерческую эксплуатацию в США, Японии, России и ряде других стран. Несмотря на то что технология mobile WiMAX первой вышла на рынок, западноевропейские операторы считают наиболее перспективным стандарт LTE (хотя и не спешат с модернизацией своих сетей, большая часть которых относится к третьему поколению). По мнению аналитиков, европейские и американские операторы сотовой связи вряд ли перейдут к освоению 4G, пока не получат ощутимую отдачу от инвестиций, вложенных в развертывание инфраструктуры 3G. К тому же многие компании еще не оправились от последствий мирового финансового кризиса.

Первая в мире сеть на базе технологии LTE была введена в коммерческую эксплуатацию 14 декабря 2009 года сотовым оператором TeliaSonera. Зона покрытия этой сети ограничена центральной частью Стокгольма. В июне минувшего года японская компания NTT DoCoMo приступила к тестированию сотовой сети на базе LTE в Токио. В конце декабря сеть была переведена в режим коммерческой эксплуатации. Согласно результатам проведенных испытаний, созданная инфраструктура обеспечивает владельцам соответствующих мобильных терминалов возможность загрузки и отправки данных со скоростью 37,5 и 12,5 Мбит/с. Пока подключиться к японской сети LTE могут только владельцы портативных ПК со специальными модемами, а появление телефонных аппаратов этого стандарта ожидается лишь весной 2012 года.

5 декабря 2010 года американский оператор Verizon Wireless запустил в коммерческую эксплуатацию сеть стандарта LTE, которая покрывает территории 38 городов различных штатов и 60 крупнейших аэропортов США. Сегодня это наиболее крупный в мире проект, построенный на базе технологии LTE.

Еще год назад казалось, что в России основной технологией для создания сотовых сетей четвертного поколения станет mobile WiMAX. Однако буквально в течение нескольких месяцев ситуация резко изменилась, и сейчас всё идет к тому, что большинство российских операторов сотовой связи сделают выбор в пользу LTE.

В настоящее время зона покрытия сетей четвертого поколения охватывает лишь относительно небольшие территории. Согласно прогнозу аналитического агентства ABI Research, полноценное коммерческое использование сотовых сетей четвертого поколения станет возможным не ранее 2012-2013 годов, когда зона покрытия 4G будет охватывать территории с населением около миллиарда человек.

Стационарное цифровое телевидение (эфир)

Переход к вещанию видеосигнала в цифровом формате является важной вехой в развитии телевидения. Цифровое ТВ позволяет не только передавать более качественное изображение, но и значительно повышает эффективность использования радиочастот. Если в случае аналогового ТВ на одной частоте передается сигнал одного телеканала, то цифровое ТВ обеспечивает возможность трансляции пакета из нескольких каналов, не задействуя для этого дополнительные частотные ресурсы.

Цифровое телевидение строится на базе универсальной технологической платформы и подразделяется на разные типы вещания: спутниковое (DVB-S2, DVB-S), кабельное (DVB-C), эфирное (DVB-T), вещание по интернет-протоколам (IPTV) и мобильное цифровое вещание (DVB-H).

Передача телевизионного сигнала в цифровом виде может осуществляться в формате стандартной (SDTV) либо высокой четкости (HDTV). В ряде стран (например, в США) одновременно с переходом на цифровое вещание был осуществлен переход к трансляции видеосигнала высокой четкости. Однако в европейских странах и в России практикуется иной подход: переход от аналоговых вещательных систем к цифровым не подразумевает автоматического перехода к HDTV.

В 2009 году правительство РФ утвердило федеральную целевую программу «Развитие телерадиовещания на 2009-2015 гг.», которая предусматривает поэтапный переход к эфирному теле- и радиовещанию в цифровом формате. Как заявил глава Минкомсвязи РФ Игорь Щеголев, в течение минувшего года цифровое телевещание было развернуто в 16 российских регионах, на территории которых проживает порядка 20 млн человек. Планируется, что в 2011-м эфирное цифровое ТВ заработает еще в 27 субъектах РФ. К 2015 году цифровое телевещание должно охватить всю территорию России, и любой житель нашей страны сможет бесплатно принимать не менее 18 каналов.

В настоящее время технология эфирного цифрового телевещания находится в стадии коммерциализации, однако уровень ее проникновения в различных регионах мира существенно различается.

Цифровое ТВ для мобильных телефонов

В настоящее время существуют две технологии для передачи телевизионного сигнала на мобильные телефоны: DVB-H (Digital Video Broadcasting — Handheld) и T-DMB (Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting). Важно понимать, что DVB-H — это эфирное телевидение: трансляция видеосигнала осуществляется через специальные передатчики, а не через базовые станции сотовой сети. Следовательно, поставщиком такой услуги может быть как сотовый оператор, так и сторонняя компания.

Исследования и работы по созданию оборудования и отдельных компонентов, позволяющих реализовать функцию приема телевизионного сигнала в мобильных телефонах, ведут компании DiBcom, LG, Nokia, Philips, Qualcomm, Sagem, Samsung и Texas Instruments.

 

1

Мобильный телефон Samsung P-960 позволяет принимать
программы телевидения стандарта DVB-H

В середине минувшего десятилетия на территории Австралии, Финляндии, Франции, Германии, Италии, Испании, Великобритании и США было запущено несколько пилотных проектов для оценки перспектив развития телевещания для пользователей мобильных телефонов. Во второй половине 2006 года коммерческие сервисы подобного рода начали функционировать в Италии, Германии и Великобритании, а также в Южной Корее и Японии.

В России развитие мобильного телевидения стандарта DVB-H долгое время было невозможно из-за запрета на использование час­тотных диапазонов 174-230 и 470-790 МГц. Лишь в конце лета 2009 года Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) дала официальное разрешение на создание тестовых зон цифрового телевидения стандарта DVB-H. В настоящее время в столице России работают две телевизионные сети стандарта DVB-H: Yota ТВ (принадлежащая компании «Скартел») и «Билайн». Обе пока функционируют в тестовом режиме и бесплатны для абонентов.

Технология мобильного цифрового ТВ находится в начальной стадии коммерциализации. В ближайшее время вряд ли можно ожидать высоких темпов развития мобильного цифрового ТВ. Это объясняется как небольшим количеством операторов, предоставляющих подобные услуги, так и весьма ограниченным ассортиментом мобильных терминалов, в которых реализована функция приема эфирных телепрограмм.

Интернет­телевидение (IPTV)

Понятие IPTV включает сетевую инфраструктуру, оборудование, технологии и программное обеспечение, используемые для передачи цифрового видеосигнала в режиме реального времени по протоколу IP. Данная технология позволяет транслировать видеосигнал как стандартной, так и высокой четкости, сжатый кодеками MPEG-2, MPEG-4, H.264 и VC-1.

Как правило, для приема программ IPTV применяется специальное абонентское устройство (ТВ-приставка), подключаемое к линии интернет-провайдера. Оно позволяет осуществлять поиск и переключение телеканалов, декодирует видеосигнал и передает его в цифровом либо аналоговом виде на подключенный к соответствующему выходу телевизор, проектор и т.п. В некоторых случаях предусмотрена возможность просмотра программ IPTV на компьютере при помощи специального программного обеспечения.

В настоящее время технология IPTV уже вошла в стадию коммерциализации и с каждым годом получает всё более широкое распространение. Этому способствуют высокие темпы развития инфраструктуры широкополосного доступа в Интернет. Услуги подключения к IPTV сейчас предлагают многие крупные интернет-провайдеры (в том числе и российские — «Билайн», «Стрим» и т.д.). Как правило, абоненты имеют возможность приобрести единый пакет услуг, включающий широкополосный доступ в Интернет и возможность просмотра пакета каналов IPTV.

Определенными препятствиями, сдерживающими распространение IPTV, является необходимость использования специального оборудования для приема телепрограмм и относительно высокая абонентская плата. Кроме того, в российском законодательстве до недавнего времени не был четко прописан механизм лицензирования деятельности операторов IPTV, из-за чего она с юридической точки зрения выглядела не вполне легальной.

Технологии обработки данных с учетом местоположения (Location-Aware Technology)

Технологии обработки данных с учетом мес­тоположения базируются на применении глобальной системы позиционирования (GPS) и ряда специализированных решений, таких как Аssisted GPS (A-GPS), Enhanced Observed Time Difference (EOTD), Еnhanced GPS (E-GPS), и ряда других. Помимо сигнала, принимаемого со спутников системы GPS, данные решения предусматривают возможность использования дополнительного канала связи (например, через сотовую сеть по протоколу GPRS). Этот канал может задействоваться как для получения данных, позволяющих повысить точность работы GPS-приемника, так и для двустороннего обмена, необходимого для реализации различных сервисов (см. раздел «Сервисы, базирующиеся на местоположении»). Необходимым условием для применения A-GPS и других упомянутых выше технологий является поддержка соответствующих функций и режимов как в инфраструктуре глобальных и локальных беспроводных сетей, так и в абонентских устройствах (мобильных телефонах, коммуникаторах, портативных ПК и т.д.).

 

1

Доля мобильных телефонов, оснащенных
встроенным GPS-приемником, год от года увеличивается

За последние два года значительно увеличилось количество моделей мобильных телефонов, оснащенных встроенными GPS-приемниками, а в смартфонах среднего и высшего ценового сегмента данная функция стала практически обязательной. Во многих недорогих трубках предусмотрена поддержка A-GPS и E-GPS, а также возможность подключения внешнего GPS-приемника.

Поскольку доходы от продажи голосового трафика с каждым годом снижаются, операторам сотовой связи волей­неволей приходится расширять спектр неголосовых услуг для сохранения показателя ARPU на приемлемом уровне. Технологии обработки данных с учетом местоположения являются одним из инструментов, который позволит реализовать новые виды услуг и, таким образом, увеличить показатель доходности.

Сервисы, базирующиеся на местоположении (Location-Based Services)

Одним из быстроразвивающихся направлений в сфере телекоммуникационных услуг является создание сервисов, использующих данные о местоположении абонента. Это могут быть службы, позволяющие получать информацию о расположенных поблизости объектах (магазинах, ресторанах, музеях, достопримечательностях и т.д.) и о местонахождении самого абонента (что, например, может пригодиться в незнакомом городе). Реализация подобных сервисов стала возможной благодаря созданию и внедрению технологий обработки данных с учетом местоположения (см. предыдущий раздел).

 

1

Мобильный сервис «Яндекс. Карты»
пользуется популярностью среди
российских пользователей

Данная технология находится в начальной стадии коммерциализации. На территории ряда стран Азиатско­Тихоокеанского региона абоненты сотовых сетей уже пользуются мобильными сервисами, позволяющими найти ближайший ресторан, кинотеатр или банкомат. В некоторых европейских странах доступны мобильные сервисы для планирования экскурсионных маршрутов и загрузки электронных карт.

В России быстро растет популярность сервиса «Яндекс­карты». Он позволяет загружать и просматривать карты и спутниковые снимки интересующей пользователя местности, найти дом по адресу или один из расположенных поблизости объектов выбранного типа (кафе, ресторан, банкомат, магазин и т.д.), автоматически проложить маршрут между заданными точками, отобразить загруженность дорог в режиме реального времени и пр. Загрузив бесплатное приложение с веб­сайта «Яндекса» на свой мобильный телефон или смартфон, сервисом можно пользоваться практически в любом месте, где есть доступ к сотовой сети.

Приложения, работающие с учетом местоположения (Location-aware applications)

Приложения, использующие данные о местоположении, позволяют автоматически отслеживать местонахождение сотрудников, транспортных средств, грузов и т.д., а также реализовывать дополнительные функции — например выстраивать схемы маршрутов перемещения автомобилей и грузов, оптимизировать логистические процессы и т.д.

В настоящее время данная технология находится на ранней стадии коммерциализации. Если раньше подобные приложения разрабатывались главным образом для решения узкоспециализированных задач (в частности, охранных автомобильных систем), то в последнее время создано немало универсальных решений, а сфера их применения значительно расширилась.

Альтернативные источники питания

Компактные топливные элементы

Топливные элементы — это специализированные химические реакторы, предназначенные для прямого преобразования энергии, высвобождаемой в ходе реакции окисления топлива, в электрическую энергию. Большинство существующих конструкций малогабаритных топливных элементов, технически пригодных для установки в портативные ПК и электронные приборы, относятся к категории DMFC и рассчитаны на использование метилового спирта или его водного раствора.

 

1

Альтернативные источники питания

В настоящее время работы по созданию компактных топливных элементов ведут компании Hitachi, LG Electronics, NEC, MTI MicroFuel Cells, Smart Fuel Cell, Sony, Toshiba и др.

Появление первых серийных устройств, оснащенных компактными топливными элементами, ожидалось еще в 2006 году, однако производство пилотных серий подобных аппаратов удалось наладить лишь в 2009-м. В качестве примеров можно привести портативные зарядные устройства Mobion компании MTI MicroFuel Cells и Dynario компании Toshiba (оба относятся к категории DMFC). К сожалению, отсутствие видимого прогресса и чересчур затянувшийся период ожидания после массированной информационной кампании крайне негативно сказались на имидже технологии DMFC, которую еще два­три года тому назад многие называли потенциальной убийцей литиевых аккумуляторов.

 

1

Портативное зарядное устройство Toshiba Dynario (справа)
позволяет подзаряжать мобильные устройства даже вдали
от очагов цивилизации

В конце минувшего года появились сообщения о том, что исследовательской группе Школы инжиниринга и прикладной науки Гарвардского университета удалось разработать конструкцию компактных топливных элементов с твердым электролитом (solid oxide fuel cells, SOFC), производимых с использованием керамики и тонкопленочных материалов. Важным преимуществом этого изобретения является отсутствие необходимости в применении редкоземельных металлов, которые служат катализаторами в топливных элементах традиционной конструкции. Кроме того, в качестве топлива служит не метиловый спирт, а сжиженный метан.

В настоящее время компактные топливные элементы находятся на пороге коммерциализации. Вопреки прогнозам аналитиков, за минувший год ситуация с внедрением компактных топливных элементов в серийно выпускаемые устройства практически не изменилась: их доля по-прежнему остается микроскопической, а информации о планах по выпуску новых моделей нет. Исходя из текущего положения дел, в наступившем году вряд ли стоит ожидать существенного прогресса в данной области.

Беспроводные зарядные устройства

Принцип передачи электроэнергии без проводов на небольшие расстояния известен уже более века, и в настоящее время успешно применяется в ряде устройств (например, в графических планшетах). Учитывая темпы роста парка портативных электронных устройств, не удивительно, что идея использования технологии беспроводной передачи электроэнергии для подзарядки аккумуляторов портативной электронной техники становится все более популярной.

Для продвижения и стандартизации беспроводных устройств в декабре 2008 года была основана некоммерческая организация Wireless Power Consortium. Изначально в ее состав вошли представители компаний ConvenientPower, Fulton Innovation, Logitech, National Semiconductor, Royal Philips Electronics, Sanyo Electric, Shenzhen Sang Fei Consumer Communications и Texas Instruments. Впоследствии список членов Wireless Power Consortium расширился: в числе прочих компаний в консорциум вошли такие известные производители, как Olympus, Research In Motion, Nokia и Energizer.

 

1

Беспроводной зарядный планшет компании Energizer

Весной 2010 года члены Wireless Power Consortium завершили работу над текстом спецификации первой части стандарта беспроводных зарядных устройств малой мощности (до 5 Вт), получившего название Qi (читается «ки»). В этом документе описываются требования к беспроводным зарядным станциям и ресиверам, устанавливаемым непосредственно в портативных устройствах.

 

1

Такой логотип появится
на устройствах, соответствующих
стандарту Wireless Power Consortium

В настоящее время завершается работа над текстом второй и третьей части спецификации, в которых будут описаны требования к производительности и перекрестной совместимости устройств.

Беспроводные зарядные устройства небольшой мощности находятся на пороге коммерциализации. В 2008-2009 годах было представлено несколько моделей беспроводных зарядных устройств небольшой мощности, которые можно рассматривать лишь как пилотные образцы, демонстрирующие возможности данной технологии. Начало массового внедрения этого решения ожидается в течение ближайших двух лет.

Миниатюрные виброгенераторы

Одним из перспективных направлений развития систем электропитания портативных устройств является использование миниатюрных генераторов, преобразующих механическую энергию в электричество. На проходившей в Йокогаме (Япония) выставке Embedded Technology 2009 компания NEC продемонстрировала прототип пульта ДУ, который работает без батареек и аккумуляторов. Необходимый для работы устройства ток вырабатывается встроенным генератором, который преобразует механические колебания, возникающие при нажатии на клавиши на пульте, в электричество.

 

1

Прототип виброгенератора
Vibration-powered Generating Battery,
выполненного в формфакторе
стандартной батарейки

Летом минувшего года на выставке Techno-frontier 2010 компания Brother Industries представила рабочие прототипы миниатюрных электрогенераторов Vibration-powered Generating Battery, выполненных в формфакторе стандартных батареек АА и ААА. Электричество в этих устройствах вырабатывается под действием вибраций и сотрясений. Внутри корпуса установлены кинетический генератор и электролитический конденсатор емкостью 500 мкФ, который накапливает вырабатываемую электроэнергию. Как утверждают разработчики, такая энергоустановка работает даже от небольших по амплитуде движений, имеющих частоту порядка 4-8 Гц. Подобные источники питания вполне могут заменить обычные батарейки в устройствах мощностью до 100 мВт, которые не потреб-ляют электроэнергию непрерывно. Под эти критерии идеально подходят пульты ДУ от бытовой электронной техники.

К сожалению, информации относительно планов по внедрению этой технологии в серийно выпускаемых устройствах пока нет.

Технологии на замену кремния

Молекулярные транзисторы

Производство транзисторов в традиционном виде, то есть со стоком, истоком и затвором, возможно лишь до 2020 года. К тому времени размеры всех элементов транзистора достигнут атомарных и уменьшать их дальше станет просто невозможно. Таким образом, 2020 год — это фактически тот рубеж, когда закон Мура перестанет действовать, а кремний потеряет свою актуальность как основной материал микроэлектроники. Значит, уже сегодня следует искать принципиально новые материалы и технологии для создания транзисторов будущего.

 

1

Технологии на замену кремния

В числе перспективных направлений рассматриваются молекулярные транзисторы, транзисторы на основе спиновых волн электронов, ферроэлектрические транзисторы, транзисторы на основе интерференции волн и пр. Конечно, пока невозможно представить, как именно будут выглядеть транзисторы лет через 15, но ясно одно: это будут устройства молекулярного размера, абсолютно не похожие на существующие ныне CMOS-транзисторы.

В самом общем виде под молекулярным транзистором понимают транзистор размером с молекулу. Идея молекулярных транзисторов не нова. Еще в 1959 году Ричард Фейнман высказал идею, согласно которой молекулы, обладающие определенными свойствами, смогут работать как элементарные переключатели и заменят собой транзисторы.

Молекулярный транзистор — это молекула, которая может существовать в двух устойчивых состояниях с разными свойствами. Переводить молекулу из одного состояния в другое (переключать) можно путем воздействия на нее световым или тепловым излучением, магнитным полем и т.д., формируя таким образом двухбитную систему, воспроизводящую на молекулярном уровне функцию классического транзистора.

По размеру молекулярный транзистор будет на два порядка меньше самых миниатюрных кремниевых транзисторов, а время его переключения составит порядка одной фемтосекунды. Таким образом, эффективность молекулярного транзистора может оказаться в 100 млрд раз выше по сравнению с современным кремниевым.

И хотя молекулярные транзисторы сейчас кажутся фантастикой, первые прототипы уже существуют. В частности, в декабре 2009 года ученые из Южной Кореи и США продемонстрировали рабочий прототип одномолекулярного транзистора, управляемого за счет изменения энергии молекулярных орбиталей. Молекулярные версии полевых транзисторов создавались и раньше, однако доказательств воздействия затворного напряжения на молекулярные орбитали исследователи представить не могли. В рассматриваемой работе измерения проводились по методике спектроскопии неупругого туннелирования электронов, позволяющей однозначно установить факт такого воздействия.

При конструировании транзистора использовались золотые электроды в качестве истока и стока, а алюминиевый электрод, покрытый тонким слоем оксида алюминия, служил затвором. Между стоком и истоком располагались золотые нанопровода, которые разрывались под влиянием пропускаемого по ним тока, а молекулы тестируемых веществ — 1,8-октандитиола и 1,4-бензолдитиола — заполняли образовавшийся промежуток, формируя транзистор.

В ходе измерений обе молекулы функционировали как полевые транзисторы, однако по своим характеристикам полученные устройства заметно отличались друг от друга. Этот результат полностью соответствует теории и указывает на то, что особенности структуры молекулярных орбиталей в данном случае играют решающую роль.

Исследователи признают, что технология создания молекулярных транзисторов пока далека от совершенства. Процесс образования разрывов в нанопроводах никак не контролируется, и процент брака очень велик: из 418 устройств заработало лишь 35.

Транзисторы на углеродных нанотрубках

Технология углеродных нанотрубок (Carbon Nanotube) — одна из наиболее перспективных и быстро развивающихся технологий современной микроэлектроники.

Углеродные нанотрубки — это большие молекулы, состоящие только из атомов углерода. Принято даже считать, что эти молекулы представляют собой новую форму углерода наряду с известными формами — графитом и алмазом.

Углеродные нанотрубки были открыты в 1991 году. В поперечном сечении их размер обычно составляет несколько нанометров, в то время как по длине они могут достигать гигантских размеров — вплоть до миллиметра.

Один из интересных способов применения нанотрубок — это создание полевых транзис-торов, в которых роль канала проводимости выполняет именно нанотрубка. В традиционном полевом транзисторе канал переноса носителей заряда образуется в подзатворной области под действием электрического поля, возникающего при приложении напряжения к затвору. Меняя напряжение на затворе, можно управлять каналом переноса (концентрацией носителей заряда в подзатворной области). Принцип действия полевого транзистора на основе нанотрубки подобен принципу действия традиционного транзистора, но каналом переноса заряда в данном случае является сама нанотрубка.

В простейшем случае транзистор с нанотрубкой выглядит следующим образом. На подложку из кремния, которая сама является управляющим электродом (затвором), наносится тончайшая пленка защитного слоя — оксида кремния. На ней расположены сток и исток в виде тонких проводящих рельсов, между которыми размещена сама нанотрубка с полупроводниковой проводимостью. В обычном состоянии концентрация свободных носителей зарядов в нанотрубке мала, то есть она является диэлектриком. Однако при помещении в электрическое поле трубка становится проводником. Электрическое поле, управляющее проводимостью нанокарбоновой трубки, создается затвором, которым, как уже отмечалось, является кремниевая подложка.

Первой транзистор на нанотрубках в 2001 году изготовила компания IBM. С тех пор было разработано множество альтернативных схем транзисторов с нанотрубками.

Так, в начале 2008 года компания NEC представила транзистор на основе углеродных нанотрубок, изготовленный по технологии струйной печати. Первые тесты показали, что такие транзисторы могут успешно применяться в электронике.

Характеристики транзистора тесно связаны с длиной нанотрубок и плотностью их нанесения. Путем подбора этих параметров была достигнута чрезвычайно высокая подвижность электронов.

В пресс­релизе отмечалось, что одним из преимуществ подобного рода устройств, основанных на органических и углеродных материалах, является меньший вред, который их производство наносит окружающей среде по сравнению с кремниевой технологией. Также процесс печати значительно упрощает производство электронных компонентов. Материалы для органических транзисторов, как правило, обладают малой подвижностью носителей и поэтому считаются непригодными для создания высокопроизводительных устройств. Использование углеродных нанотрубок позволяет в сто раз повысить скорость работы транзисторов. В NEC считают, что новая транзисторная технология станет ключевой для дальнейшего развития электроники нового типа.

Конечно, пройдет еще немало времени, прежде чем транзисторы на основе нанотрубок будут внедрены в массовое производство, однако уже сейчас очевидно, что они имеют массу преимуществ в сравнении с традиционными и будут востребованы в ближайшем будущем.

Перспективные технологии памяти

Одновременно с разработкой новых типов транзисторов, которые послужат основой для процессоров будущего, в последнее десятилетие ведется активная разработка и принципиально новых типов энергонезависимой памяти с высоким быстродействием, низким энергопотреблением и, конечно же, высокой плотностью хранения информации.

 

1

Перспективные технологии памяти

В настоящее время можно выделить несколько перспективных типов памяти:

  • память на основе наномеханических переключателей (NRAM);
  • память с изменением фазового состояния (PRAM);
  • ферроэлектрическая память (FRAM);
  • полимерная память (PFRAM);
  • магниторезистивная память (MRAM).

Хотя все последние годы исследования велись по всем перечисленным направлениям, реальный результат был достигнут лишь по двум направлениям. В явные лидеры вышли две технологии: ферроэлектрическая (FRAM) и магниторезистивная (MRAM) технологии. Однако прежде чем говорить о наиболее перспективных технологиях, необходимо хотя бы несколько слов сказать о других исследованиях.

Память на основе нанопереключателей (NRAM)

Память на основе нанопереключателей, реализуется на углеродных нанотрубках. Первая ячейка памяти на нанотрубках, разработанная в компании NEC, представляла собой сеть скрещивающихся в пространстве углеродных трубок, часть из них могла приходить в соприкосновение друг с другом, меняя сопротивление цепи. Программирование состояния, то есть запись данных, производилось путем подачи электрического тока к нужному участку, считывание — измерением сопротивления цепи, точнее сравнением его с некоторым пороговым уровнем. Этот тип памяти обещал прекрасные перспективы в будущем, так как ячейки получались с низким энергопотреблением при записи и энергонезависимыми при хранении данных. Однако наряду с высокой стоимостью производства дело осложнялось техническими проблемами. Технология требовала идентичности свойств нанотрубок и строгого контроля за их пространственной ориентацией. Достичь этого удавалось с большим трудом.

Несколько лет назад о своих успехах в данном направлении объявила американская компания Nantero (www.nantero.com), которая ведет исследования в партнерстве с ON Semicoductors, LSI Logic и BAE Systems. Nantero удалось найти оригинальное решение проблемы: в новой структуре вся поверхность предварительно обработанной должным образом кремниевой пластины покрывалась углеродными нанотрубками, а затем часть из них удалялась методом обычной литографии.

В исходном состоянии нанотрубки натянуты и не касаются поверхности расположенных ниже электродов. Расстояние между плоскостью размещения углеродных трубок и поверхностью электродов равно всего 13 нм. При записи информации напряжение прикладывается к электродам и элементам межсоединений. Находящиеся над местом пересечения эластичные трубки прогибаются вниз под действием электрического поля и касаются поверхности электродов, меняя сопротивление цепи. Трубки удерживаются в таком положении под действием сил Ван-дер­Ваальса после снятия напряжения. Подача обратного напряжения позволяет им вновь распрямиться и разорвать контакт между элементом межсоединения и электродом. Таким образом можно записывать и стирать информацию. Пространственная ориентация трубок и интервал между ними при данной технологии не играют особой роли.

В процессе чтения измеряется сопротивление цепи между электродом и элементом межсоединения. Если оно мало (если трубки касаются электрода), то полагают, что в ячейку записан «0», в противном случае — «1». При тестировании опытных образцов скорость записи данных в ячейку не превышала 5 нс.

Оказалось, что для выполнения записи и стирания данных не требуется больших токов и зарядов. Память получается очень экономичной. Во всяком случае лабораторные экземпляры обещают отличные характеристики в будущем: благодаря применению нанотехнологий размеры ячейки должны быть меньше, чем у DRAM, а следовательно, объемы памяти будут больше. Потребляемая мощность ниже, а скорость доступа выше. Поскольку углеродные волокна имеют высокую прочность, а операции записи и чтения не нарушают структуры углеродных трубок, то срок их службы будет практически неограничен.

В отличие от Flash-памяти число циклов записи может быть бесконечным. Радиационная и электромагнитная стойкость NRAM тоже гораздо выше, чем у традиционных кремниевых Flash. К сожалению, пока всё это не удается воплотить в серийный продукт, имеющий конкурентную стоимость.

Память с изменением фазового состояния (PRAM, PCM)

PRAM — это новый тип памяти, позиционируемый как универсальная замена и динамической, и флэш­памяти.

В качестве признака состояния ячейки предлагается использовать изменение фазового халькогенида (chalcogenide) на основе селена, серы или теллура. Именно поэтому данный тип памяти еще называют PCM (Phase Change Memory). Халькогениды меняют свое строение при нагревании, переходя из кристаллической фазы в аморфное состояние. В этом состоянии вещество остается после остывания. Но если его вновь нагреть и выдержать короткое время (около 50 нс) в расплавленном состоянии, то оно вновь вернется к исходному, кристаллическому виду. Как оказалось, при смене фазового состояния меняются не только оптические, но и электрические характеристики вещества. Проводимость кристаллического перехода отличается от проводимости аморфного в десятки и даже сотни раз. Эту особенность и используют в новых ИС запоминающих устройств. Кроме энергонезависимости привлекательными качествами памяти на халькогенидах являются также исключительно высокая радиационная стойкость, нечувствительность к электрическим и магнитным полям, что крайне важно при создании аэрокосмических аппаратов и военной техники. По этой причине повышенный интерес к исследованиям в данной области проявляют структуры, связанные с космической индустрией и оборонным ведомством.

До сих пор халькогениды применялись в основном в перезаписываемых оптических носителях, где использовалась их способность к изменению не только электрических, но и оптических свойств, а коммерческая реализация PCM была затруднена из-за проблем с получением достаточно качественного материала. Возрастание интереса к этому типу памяти связано с тем, что PCM лучше подходит для применения вместе с более «тонкими» литографическими техпроцессами, чем динамическая или флэш­память.

Первые разработки PCM-памяти принадлежат компании Ovonyx. Именно поэтому такую память иногда называют еще OUM (Ovonyx Unified Memory). Кроме того, исследования в данном направлении вели такие компании, как STMicroelectronics и BAE Systems (поставщики электронных систем для Вооруженных сил США и NASA) и Intel. В частности, компания BAE Systems еще в 2006 году объявила о выпуске микросхемы памяти объемом 4 Мбит с длительностью цикла при операциях чтения 70 нс, а при записи — 500 нс.

Временные характеристики PRAM далеки от рекордных, к тому же длительность процессов записи и считывания не одинакова. С такими качествами данный тип памяти вряд ли сможет стать универсальным, зато он способен выдерживать без каких­либо сбоев облучение в 1 Мрад, то есть способен работать в условиях космоса и в очагах радиоактивного заражения с высоким уровнем излучения.

Ферроэлектрическая память (FRAM)

Основу ячейки ферроэлектрической памяти FRAM представляет конденсатор с тонким слоем сегнетоэлектрика между пластинами. Сегнетоэлектрики — это группа соединений, обладающих способностью изменять свои физические свойства под воздействием электрического поля. В ряде случаев после прекращения воздействия изменения в материале сохраняются, что позволяет использовать этот класс соединений в качестве носителя информации в запоминающих устройствах. Принцип работы запоминающей ячейки FRAM основан на перемещении атома сегнетоэлектрика в кристалле в одно из двух стабильных положений под действием электростатических сил внешнего электрического поля. Приложенный к обкладкам конденсатора потенциал поляризует вещество, и направление поляризации представляет собой двоичную информацию, хранящуюся в ячейке. Следовательно, его состояния могут быть использованы для записи логической переменной со значениями «0» или «1».

Говоря о сегнетоэлектрической памяти, следует иметь в виду, что запоминающие устройства, основанные на этом эффекте, существуют в двух исполнениях: давно известном классическом варианте с реализацией в виде традиционных полупроводниковых ИС и в варианте на тонких полимерных пленках (PFRAM).

Полимерная память (PFRAM)

Как уже отмечалось, полимерная память (PFRAM) — это разновидность ферроэлектрической памяти FRAM, где в качестве сегнето­электрика выступает тонкая полимерная пленка. Разработку памяти такого типа ведут многие фирмы, в частности компания Intel совместно с Thin Film Electronics, впервые предложившей полимерную память еще в 1994 году. Специалистами Thin Film Electronics получена специфическая группа полимеров с двумя стабильными состояниями поляризации. Их открытие позволяет программировать память путем изменения поляризации пленки сегнетоэлектрического полимера, заключенной между взаимно перпендикулярными металлическими шинами, и обеспечивает энергонезависимость памяти.

Пленка полимера может содержать и тонкопленочные транзисторы схем управления. Благодаря возможности формировать многослойные структуры полимерной памяти обес-печивается ранее недостижимый объем памяти. Если для функционирования обычной кремниевой схемы памяти объемом 1 Гбит требуется 1,5- 6,5 млрд транзисторов, то для памяти PFRAM-типа такого же объема их нужно только 500 тыс. При этом объем полимерной памяти размером с кредитную карту эквивалентен объему 400 тыс. CD-дисков или объему устройства, хранящего достаточно данных для воспроизведения музыки MPG-формата в течение 126 лет. При этом увеличение емкости памяти за счет нанесения дополнительных полимерных пленок не влечет за собой существенного роста потребляемой мощности.

Полагают, что полимерная память найдет применение в первую очередь в картах памяти цифровых фотокамер и другом бытовом оборудовании. Массовое производство PFRAM-памяти начнется не ранее 2015 года.

Магнитная память (MRAM)

MRAM (Magnetic Random Access Memory) — это один из перспективных типов энергонезависимой памяти, которая может прийти на смену как динамической оперативной памяти DRAM, так и статической памяти SRAM и флэш­памяти.

Вместо конденсаторов, применяемых в микросхемах DRAM, технология MRAM преду­сматривает использование тонкой магнитной пленки. В привычных нам микросхемах памяти информация сохраняется благодаря формированию соответствующим образом распределенного заряда конденсаторов, а в устройствах MRAM это будет осуществляться за счет намагничивания пленки.

Одно из преимуществ новой технологии заключается в том, что, в отличие от DRAM, память MRAM является энергонезависимой. В микросхемах DRAM информация хранится в конденсаторах, и при отключении питания происходит ее потеря. Это означает, что для длительного хранения информацию необходимо переписывать на жесткий диск, имеющий магнитную поверхность. Благодаря энергонезависимости память MRAM позволяет преодолеть это ограничение.

При применении эффекта магнитной поляризации отпадает необходимость в периодическом обновлении памяти MRAM. Таким образом, не требуется и загрузка компьютера в начале каждого сеанса работы. Пользователи получат в свое распоряжение устройства, находящиеся в постоянной готовности.

Еще одно преимущество памяти MRAM состоит в том, что она подразумевает бесконечное число циклов записи (для флэш­памяти число циклов записи ограничено), а также очень высокие скорости записи и доступа. Запись бита информации в чип MRAM происходит примерно в миллион раз быстрее, чем во флэш­память. Время чтения бита из MRAM примерно в три раза меньше, чем у NOR-флэш, и почти в тысячу раз меньше, чем у NAND-флэш­памяти.

Технология MRAM выглядит многообещающей. Конечно, пройдет еще немало времени, прежде чем память MRAM появится в коммерческих системах. Но если данная технология будет развиваться в правильном направлении, то со временем она вытеснит с рынка микросхемы DRAM.

Первоначально прогнозировалось, что первые образцы MRAM-памяти появятся на рынке уже в 2004 году, а в 2005-м спрос на память составит 40 млрд долл. Именно такие прогнозы делались в 2001 году. Действительно, в июне 2004 года компания Infineon продемонстрировала чип MRAM емкостью 16 Мбайт, однако производство MRAM-памяти до сих пор не вышло на уровень серийного, хотя различные компании периодически делают анонсы о разработке новых типов MRAM-памяти. Как повлияет кризис на дальнейшее развитие MRAM-памяти, предсказать довольно сложно. Но то, что в ближайшем будущем эта память не станет массовой, очевидно.

 

В начало В начало

КомпьютерПресс 01'2011

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует