Перспективные технологии на IDF

Евгений Рудометов

Rudometov@rudometov.com

На осеннем IDF ‘2006 были продемонстрированы новые технологии, способные изменить наши представления о возможностях компьютеров.

Благодаря стремительному росту функциональных возможностей компьютерной техники она успешно используется практически во всех областях человеческой деятельности. Несмотря на это ученые и инженеры продолжают совершенствовать как существующие решения, а так и  разрабатывать новые технологии, позволяющие расширить область применения компьютеров. Ряд перспективных разработок были продемонстрированы на специализированной выставке, устроенной для представителей СМИ в рамках осеннего форума IDF ‘2006 в Сан-Франциско (США, Калифорния).

Часть продемонстрированных разработок относится к  концепции «цифрового дома», несколько лет назад предложенной инженерами Intel и неоднократно озвученной в ходе многочисленных выступлений руководителей компании.

Развитие данной концепции долгое время иллюстрировалось исключительно мультимедийными возможностями, позволяющими использовать компьютеры в качестве универсального устройства, заменяющего традиционную теле-, аудио- и видеотехнику. Что же касается других функций, позволяющих к примеру использовать компьютер для управления другими устройствами, они долгое время носили теоретический характер в виду отсутствия соответствующих недорогих сенсоров и исполнительных механизмов.

Однако как оказалось, часть исследователей корпорации Intel интенсивно работали в данной области. В результате был создан ряд компактных датчиков, способных обеспечивать беспроводную передачу данных с и на компьютер.

На специализированной выставке в рамках IDFFall ‘2006 один из специалистов Intel продемонстрировал возможности подобной системы. Он имел на правой руке сенсор, выполненный в виде наручных часов. Перед ним на столе было разложено множество предметов. Каждый из предметов был снабжен датчиком типа RFID, что совместно с наручным сенсором позволяло отслеживать взаимное положение компонентов системы (Фото 1).

Фото 1. Сенсоры и результаты отображения информации

Любое изменение положений данных компонентов фиксировалось на компьютере. Так, например, когда демонстратор брал в руку чашку, то на экране монитора появлялось изображение последней, и в соответствующих таблицах возникали отметки о пользователе, предмете, который он взял в руки, времени когда это произошло и т.п. Аналогичным образом были зафиксированы пакетик чая и чайник.

В дальнейшем на экране со звуковым сопровождением были сделаны напоминания о необходимых лекарствах и осуществлен соответствующий контроль. Кроме того, на монитор выводились в графике и цифрах пульс, локализация в комнате, расстояние и скорость перемещения обладателя браслета.

Остается отметить, что с другого компьютера был осуществлен доступ к  зафиксированным данным.

Описанная разработка позиционируется в качестве одного из компонентов интеллектуальных средств, облегчающих контроль за маленькими детьми и престарелыми родителями. Однако она может быть использована и в системе «цифрового дома» для повышения комфорта жизни его обитателей. Учитывая же то, что датчики могут быть сделаны очень миниатюрными, подобные решения могут применяться и в различных охранных системах с передачей данных на удаленный компьютер.

Количество датчиков, подключенных к стационарному компьютеру, может быть сравнительно большим и достигать нескольких тысяч, тем более что в случае необходимости компьютеров может быть несколько. Дополнение же данной разработки самоорганизующимися сенсорными сетями, неоднократно демонстрировавшихся на предыдущих IDF, выводит ее на принципиально новый уровень. Последствия такого объединения трудно представить даже их разработчикам.

Описанная система способна отслеживать пространственное расположение большого числа своих компонентов. Однако ученые университета Карнеги Меллон при поддержке Intel задались задачей воздействия на однородный объект и его перемещения внутри системы, которая может состоять из большого числа подобных элементов. В перспективе таких элементов может быть миллионы, а их размер исчисляться микронами (для сравнения: толщина человеческого волоса составляет примерно 50 микрон). В дальнейшем, используя быстро эволюционирующие технологии MEMS, не исключено появление элементов, чей размер будет составлять несколько нанометров, а число — миллиарды.

Как утверждают разработчики, первые практические результаты могут появиться уже лет через пять. Однако уже сегодня разработчики демонстрируют компьютерное управление несколькими элементами, размеры которых составляют пока несколько сантиметров.

На демонстрации в рамках IDF управляющие сигналы подавались на один из элементов группы, а через него и на остальные элементы. В соответствии с полученными командами элементы поворачивались относительно друг друга, удерживаясь встроенными магнитами, благодаря чему сохранялась целостность и компактность системы. Взаимное перемещение элементов обеспечивалось за счет подачи электропитания на них (Фото 2). Варьируя форму и применяя механические зацепы, можно минимизировать уровень энергии, потребление которой будет осуществляться только в моменты трансформации. Очевидно, что с уменьшением размеров будет снижается и энергопотребление, поскольку уменьшается масса каждого из элементов, а перемещать все элементы вовсе и не обязательно. Для микроперемещений достаточно миниатюрных источников. Их роль могут выполнять микроаккумуляторы или даже емкие конденсаторы, создаваемые совместно с механическими частями элементов средствами технологии MEMS. Заряжать же источники питания можно, например, с помощью направленного СВЧ-излучения, создаваемого специальными антеннами. По исчерпанию ресурса элементы могут быть заменены на новые. Диагностику и замену элементов можно автоматизировать, что обеспечит долговечность программируемой материи.

Результатом данной разработки будет программируемая трансформация окружающих нас предметов, которые будут менять свою форму по одному клику клавиатуры или мышки. Более того, возможно, что привычные средства диалога с компьютером для данной цели и не потребуются, поскольку команды можно отдавать и голосом, тем более что такие разработки уже имеются.

Некоторые применения описанной разработки были показаны с помощью демонстрационного видеофильма, посвященного работе дизайнера будущего. На показанных фрагментах дизайнер за несколько секунд из бесформенной массы создал действующую модель автомобиля, легко меняя форму и цвет.

Фото 2. Макро и микро элементы программируемой материи

Конечно, между демонстрацией и внедрением довольно большая дистанция, но уже сегодня были продемонстрировано несколько миниатюрных элементов, размеры которых были уже менее миллиметра. Остается еще немного: уменьшить элементы в несколько раз и выпустить их несколько миллионов, решить проблему энергопитания, научиться быстро передавать сигналы на большое количество элементов, написать программы трансформации и т.п.

Конечно, реализация подобных планов, предусматривающих управление многими миллионами, а возможно и миллиардами элементами потребует мощных компьютеров, построенных на основе многоядерных структур. Вполне возможно, что лет через десять число ядер в каждом процессоре будет исчисляться уже сотнями: вариация закона Мура, где роль элементов будут выполнять уже ядра. Данное предположение вполне корректно, учитывая, что на прошедшем форуме был продемонстрирован образец процессора с 80 ядрами.

Для таких сложных систем одной из проблем станет скоростная передача информации. Использование для этой цели традиционных решений, в основе которых лежат металлические проводники, станет неэффективным. Все больше исследователей считают, что роль передающей среды в сложных высокопроизводительных системах будет выполнять свет. Именно поэтому в последние годы много внимания уделяется вопросам разработки эффективных оптических систем, состоящих их волоконных линий, оптических коммутаторов, лазеров.

На предыдущих IDF сотрудники Intel демонстрировали эффективные, компактные, недорогие оптические усилители и коммутаторы, созданные на основе кремниевых технологий. Однако при всех их достоинствах они все-таки  требовали внешнего лазера. На этом IDF исследователи Intel продемонстрировали законченную конструкцию, созданную вместе с элементами накачки на едином кристалле.

Двадцать пять лазеров, размещенных на едином чипе, дополненных соответствующими модуляторами обеспечивали пропускную способность 1 Тбит/с.

Работая с оптическими системами, инженеры Intel не забыли и о беспроводных технологиях, способных сократить на рабочем столе число проводов. Такие технологии в применении к автономным компьютерам способны существенно повысить уровень мобильности. Развивая технологии Wi-Fi, отрасль постепенно мигрирует в направлении многоканальных систем стандарта IEEE802.11n, способных передавать данные со скоростью в сотни мегабит в секунду. Однако подобные решения требуют целого комплекса приемо-передающих антенн, что сдерживало внедрение перспективной технологии. Инженерам Intel удалось решить данную проблему. Используя свой опыт в полупроводниковых технологиях, они реализовали компактную многоантенную систему вместе со всеми полупроводниковыми элементами на единой компактной плате, обеспечивающей адаптивную настройку в зависимости от условий передачи информации. Все это обещает прорыв во внедрении скоростных беспроводных средств передачи данных.

В заключение этого краткого обзора следует отметить, что перечисленными технологиями не исчерпывается перечень новейших разработок, продемонстрированных в ходе IDF, где ведущие специалисты продемонстрировали свои передовые достижения. О некоторых из них будет рассказано в следующих статьях.