Rudometov.COM

В настоящее время большое внимание ученые и инженеры уделяют разработке изделиям, в основу которых положены беспроводные технологии (wireless). Разработчики Intel называют это "Radio Free Intel". Здесь основная цель — сделать радиосредства настолько дешевыми и интегрированными, насколько это вообще возможно. И для достижения этой цели уже имеется ряд разработанных перспективных технологий.

Одна из таких перспективных технологий — MEMS (Micro-Electro Mechanical System — Микроэлектрические Механические Системы).

В качестве основы используется кремний. Учитывая и объединяя его механические свойства с возможностями новой технологии литографии, можно создать большое количество очень интересных многофункциональных устройств. Новые устройства могут совмещать в себе как механические элементы, например, электромоторы, реле и переключатели, так и электронные элементы и радиоцепи. К последним, к слову, относятся, например, кварцевые резонаторы, обеспечивающие высокую стабильность частоты работы аналоговых и цифровых генераторов, а также катушки индуктивности, без которых не обходится ни одно радиоприемное и радиопередающее устройство.

Технология MEMS позволяет существенно уменьшить размер и стоимость пассивных компонент: катушки индуктивности, конденсаторы, кварцевые резонаторы, линии задержки, антенны и др. Эти элементы являются типичными и необходимыми в высокочастотных электрических цепях радио.

Внедрение MEMS-техологии позволяет реализовывать эти элементы в едином корпусе, размещая вместе цифровую и аналоговые части. Все это позволяет создавать сверхминиатюрные радиопередатчики и радиоприемники.

Кстати, необходимо напомнить, что оптика современных изделий, работа которых рассчитана на видимый диапазон спектра, создана на основе стекла. А стекло, как известно, представляет собой окись кремния (SIO2), материала активно используемого в современных микросхемах для взаимной изоляции их элементов.

С помощью технологии MEMS можно в едином цикле на подложке кремния выращивать структуры полупроводниковых микросхем, механические части устройства, и даже оптические системы с необходимыми свойствами. При этом в качестве механических устройств можно выращивать сложные конструкции, состоящие и шестеренок и электромоторов. Так на кремниевых подложках можно создавать, например, миниатюрные фото и видеокамеры со всеми их электронными и механическими частями, включая перестраиваемую оптику. При этом изделия могут быть столь миниатюрными, что несколько из них легко поместятся, например, в наперстке вместе с их источниками питания. Встроенные же в их состав радио средства позволят передавать информацию в компьютеры, не прибегая к помощи разъемов и кабелей.

Для беспроводных технологиях существует множество перспектив, множество стандартов и сред применения. Одним из направлений, над которым работают специалисты Intel, является роуминг. Пользователи имеют возможность подключиться к обычной проводной локальной сети (LAN), затем отключиться от нее и перейти на беспроводную сеть (wireless LAN), а затем выйти за пределы действия последней и переключится на некоторую глобальную беспроводную сеть (global wireless LAN). Уже разработана технология, расширяющая стандартное понятие сети, базирующаяся на понятии мобильного IP и его расширения. Разработчики Intel старались создать не просто некоторый автоматический переход из одной сети в другую, а цельную законченную систему, которая охватывает все сферы до региональной беспроводной сети. И, кстати, будет включать и такие важные вещи, как безопасность, VPN и др. При этом, очевидно, необходимо обеспечить полноценную работу приложений (сохранение IP) на всем пути от одного стандарта сети в другой, что может быть сделано с помощью кремниевого радио.

Рассматривая же технологию кремниевого радио, необходимо еще раз напомнить, что современные изделия, основанные на использовании радиоволн, характеризуются большим разнообразием элементов, которые до последнего времени не удавалось создавать силами интегральных технологий. К слову, в качестве аргумента Патрик Гелсингера во время доклада на IDF эффектно разбил мобильный телефон, бросив его на демонстрационный стол, показав его элементы присутствующим компьютерным специалистам и журналистам, сопроводив соответствующими комментариями.

Действительно в современных радиоустройствах наибольшее место занимают не высокоинтегрированные полупроводниковые чипы, а пассивные компоненты: конденсаторы, резисторы, катушки, переключатели и т.д. И они до последнего времени мешали уменьшить размер радиоизделий, так как их нельзя было создавать средствами интегральных технологий, лежащих в основе производства, скажем, процессоров и чипсетов. Но проблема может быть решена с помощью технологии MEMS.

В результате данной интеграции можно создать новые малогабаритные изделия радио, обеспечивающие беспроводное соединение компонентов компьютерных систем, включая возможность работы в сетях. Учитывая же тот факт, что приходится переключиться между разными сетями, то речь идет о реализации сразу нескольких устройств, например, сетевых, радио. И, конечно же, целесообразно объединить их все в одном изделии (Silicon Radio), обеспечив поддержку их функций.

На ближайшую перспективу самую широкую поддержку компьютерной отрасли получают стандарты беспроводной связи Bluetooth, IEEE 802.11b, IEEE 802.11a. При этом Bluetooth в основном используется для связи периферийных устройств, стандарты EEE 802.11b и IEEE 802.11a для соединения компьютеров в сети.

Уже имеются готовые разработки в этом направлении. Напомним еще раз, что все выполняется только из кремния с традиционными добавками для обеспечения необходимых типов проводимости и механических свойств с использованием металлических межсоединений и частей в кристалле полупроводника. Боле того, на данный момент уже существуют устройства, устойчиво функционирующие на частотах 10 ГГц и выше.

Инженеры Intel разработали устройства, которые способны автоматически переключаться между сетями с целью достижения, например, наибольшей гибкости и быстродействия при наименьшей стоимости.

Однако разработчики Intel собираются воплощать указанные технологии и дальше, нежели просто использование высокочастотных радиоцепей в сложных устройствах, как это сделано, например, в мобильных телефонах. Планируется, что в недалеком будущем практически каждый кремниевый чип будет комплектоваться встроенными радиосредствами. Например, уже в ближайшие годы это будут каждый чипсет и процессор, а дальнейшем радио будет в каждом элементе и устройстве. Это и есть реализация концепции Radio Free Intel.

Связано это, прежде всего с проблемой проводов, сопровождающих практически каждое компьютерное изделие. Действительно, с увеличением количества устройств у любого пользователя накапливается слишком много проводов и кабелей вокруг рабочего места. Обилие данных соединений снаружи и внутри корпусов не только ухудшают эстетику устройств, оно создает определенные проблемы. Среди этих проблем можно назвать, например, сложность эксплуатации и часто недостаточный уровень надежности. Внутренние же кабели ухудшают тепловые режимы эксплуатации.

Радио — это то, что способно существенно уменьшить количество проводов. Кроме того, использование радио позволяет повысить уровень мобильности компьютерных устройств и периферии.

Одновременно с реализацией указанных целей разрабатывается технология широкополосной передачи информации по радиоканалу (UWB — Ultra-Widwband). Это позволит передавать большие потоки информации и со временем заменит традиционные способы соединения компонентов, например, популярный уже интерфейс USB 2.0.

Рассматривая достоинства радио, необходимо отметить, что пропускная способность данного канала связи ограничена физическими законами. В тех же случаях, когда имеются высокие потоки данных, целесообразно использовать оптические технологии. Этим и занимается полупроводниковая фотоника (Silicon Photonics), целью которой является поиск путей использования полупроводниковых компонентов и стандартных полупроводниковых технологий для создания оптических устройств.

Передача данных с высокой скоростью может быть осуществлена посредством лазеров непосредственно через воздушную среду или через волоконнооптические линии связи. Высокая частота электромагнитных колебаний, составляющих суть света, является залогом высокой информационной емкости таких передающих сред, как излучаемый свет лазера — основа оптичесчкой коммуникации.

Оптическая коммуникация — Optical networks (Silicon Photonics) устроена в самом общем случае следующим образом. Прежде всего, необходим источник света, в качестве которого используется полупроводниковый лазер, и модулятор сигнала для отправки сигнала. Кроме того, необходим светофильтр и диод для получения сигнала. Такая система должна быть настроена на определенную длину волны. При такой архитектуре сравнительно можно достичь скорости передачи данных в несколько десятков гигабит в секунду. Кстати, это зависит не только от возможностей элементов, но и расстояния.

Передача информации, осуществляемая с помощью света, осуществляется обычно через специальный волоконно-оптический кабель, характеризующийся чрезвычайно высокой прозрачность в используемом диапазоне. Основное преимущество такого кабеля заключается в том, что в настоящее время можно передавать свет на очень большие расстояния, практически, без существенных потерь в мощности сигнала.

Еще одно достоинство оптических систем заключается в возможности передачи сразу нескольких (десятков или даже сотен) сигналов с разными длинами волн через единственный оптоволоконный кабель. Эта технология получила название Dense Wavelens Division Multiplexing (DWDM), что означает мультиплексирование среды передачи данных, а возможно и соответствующих преобразователей, включая оптические системы, с помощью использования разных длин волн передаваемого и, конечно, принимаемого излучения.

С момента появления с середины 1990-х годов первых систем DWDM количество каналов передачи данных возросло в несколько раз. В настоящее время нередки системы с числом каналов более 40. При этом удается передавать на значительные расстояния по 10 Гбит/с на канал. Развитие же этой технологии и улучшение параметров элементов оптической системы позволяет в перспективе достичь скорости передачи данных по одному оптоволокну уровня триллион бит в секунду! К слову сказать, это превышает весь существующий в настоящее время трафик Интернета.

Для реализации этой возможности в составе таких систем передачи данных используются приемопередатчики, настраиваемые на определенные волны оптических сигналов.

В настоящее время в основном используются несколько разных лазеров, излучение которых происходит на определенных, фиксированных частотах.

Чтобы снизить стоимость средств передачи данных, в системах следующего поколения предусмотрено применение однотипных лазеров. Изменение их частоты излучения осуществляется индивидуальной настройки.

Приведенные системы сравнительно сложны и дороги, что препятствует их широкому внедрению. Решением этих проблем является объединение большого числа комплектующих в одно простое устройство, построенное на небольшом числе микросхем. Это возможно благодаря современным кремниевым и другим достижениям, используемым в Silicon Photonics. В перспективе же — разработка и использование сверхминиатюрных устройств, совмещающих в себе все функции по модуляции, передаче, приему и демодуляции информации. Преимущества подобного метода — простота конструкции, дешевизна, а также, легкая настройка, возможно, даже удаленная.

Как доказательство возможности реализации указанных планов средствами существующих технологий, Патрик Гелсингер на IDF представил образцы новейших устройств. В настоящее время разработаны всевозможные устройства приема и передачи оптических сигналов, которые намного проще и в десятки, а иногда и в тысячи раз дешевле своих широко используемых аналогов.

На IDF в процессе доклада была представлена система из двух таких передатчиков и приемников, а также продемонстрирована возможность настройки системы.

Для этой цели было использовано специализированное GUI. За считанные секунды система была настроена. С существующими устройствами это занимает гораздо больше времени.

Широкое использование передовых технологий, включая Radio Free Intel, Silicon Photonics, wireless LAN, как рассчитывают ее разработчики, коренным образом изменят жизнь. Даже повседневные устройства приобретут новое значение, новые функциональные возможности.

Компьютеры начнут контролировать различные бытовые устройства, предоставят возможность автоматического и полуавтоматического управления ими, включая даже дистанционный контроль, например, из автомобиля или офиса. Компьютерные устройства, дополненные средствами привычного интерфейса, в состоянии изменить обычный уклад жизни, сделав его более комфортным.

В недалеком будущем станет реальностью миниатюрный мобильный телефон, размером не больше женской сережки. (Кстати, как утверждают ведущие специалисты Intel, принципиальных проблем в этом нет. Единственное препятствие связано с востребованностью подобных устройств, поскольку обращение с ними должно быть совсем иным). А радиомикрофон может быть выполнен, например, в виде пуговицы. Для такого микрофона не только размеры, но и стоимость уже в ближайшие несколько лет не превысит цены указанного элемента одежды.

Кроме того, появятся средства индивидуального контроля за здоровьем, осуществляющие непрерывный мониторинг основных параметров организма. При необходимости такие средства обеспечат не только своевременную индикацию, но и связь с лечебными учреждениями.

Цель специалистов, занимающихся разработкой новых технологий и изделий — в самое ближайшее время предоставить все указанные возможности. И это не очередная утопия — это уже реальность. Залогом тому служат опыт и авторитет специалистов ведущих компьютерных корпораций, а также бесспорные успехи современных высокотехнологичных технологий.

Перейти к разрелу Процессоры