Журнал «Компьютерра» N 37 от 10 октября 2006 года - Журнал Компьютерра

В отличие от клэйтроники, терапроцессоры - дело вполне обозримого будущего. CEO Intel Пол Отеллини даже демонстрировал кремниевую пластину с соответствующими сэмплами - правда, не рабочими, а всего лишь экспериментально-отладочными, так что до коммерческого продукта дело дойдет еще не скоро (во всяком случае не раньше, чем Intel перейдет на 45-нм технологический процесс).

Кремниевая фотоника

Хотя чистый кремний, с нашей точки зрения, абсолютно не похож на содержащее этот же кремний стекло, в определенных электромагнитных диапазонах (в частности, в инфракрасном свете) он почти прозрачен (что, кстати говоря, используется при отладке микропроцессоров - наблюдая за тем, как они излучают свет, можно многое сказать о функционировании их элементов). Вместе с тем у квантов света в качестве носителей информации по сравнению с электронами есть множество плюсов. Переменный электрический ток, текущий по проводу, образует вокруг себя электромагнитное поле, которое возбуждает электрический ток в соседних проводах - возникают наводки и помехи, тем более сильные, чем ближе расположены в кристалле проводники и выше частота (а значит, и пропускная способность). С оптикой таких проблем нет. По одному проводнику очень трудно передавать большое количество разной информации - согласно фундаментальным принципам теории связи, общий объем передаваемой информации будет ограничен шириной спектра сигнала (грубо говоря - максимально достижимой тактовой частотой для этого проводника), а она для сегодняшних металлов не слишком высока. Частотный диапазон оптического канала связи на несколько порядков выше - а потому в нем легко можно совместить несколько «узкополосных» сигналов (свет «разных цветов»), причем с большей скоростью на один канал, чем у «медного» проводника. Наконец, оптический сигнал не так сильно затухает и практически не подвержен наводкам от бытовой техники, радиостанций, сигналов радара и всему прочему, что засоряет радиоэфир. Словом, оптика как средство передачи информации выглядит гораздо интереснее электрического тока, и кремний прозрачен для определенного инфракрасного света - а потому уже много лет предпринимаются попытки создать процессор если не оптический, то хотя бы использующий оптику для передачи данных на сравнительно большие (по меркам кристалла) расстояния.

Вытравливая в кристалле полоски кремния особого вида, можно добиться того, чтобы они играли роль световодов, передающих свет от одного участка кристалла к другому. Разместив над световодом специальный конденсатор и изменяя на нем напряжение так, чтобы в канале под ним создавалась особого рода «накачанная» среда, можно организовать крошечную управляемую задержку в передаче («вращать» по желанию его фазу). Разделяя оптический сигнал на два одинаковых канала, вращая фазу в одном и снова складывая сигналы, можно добиться того, чтобы в «обычном» состоянии сигналы складывались «в фазе», усиливая друг друга, а во «включенном» - в противофазе, ослабляя, и таким образом эффективно и очень быстро модулировать электрическим током оптический сигнал, передавая данные. С приемом данных - преобразованием модулированного света обратно в электрический ток - особых проблем не возникает, соответствующие решения известны и применяются уже давно. И чтобы все это заработало, не хватало лишь одного - «источника питания», который дал бы тот самый изначальный свет, который можно промодулировать, передать по световоду и детектировать в приемнике. Вплоть до недавних пор единственным способом обойти это ограничение было использование внешнего лазера, «освещавшего» снаружи кремниевый чип, а это дорого, сложно и малоэффективно. В прошлом году собственно лазер (как рабочее тело и оптический резонатор) удалось перенести на кристалл - хотя для его работы ему по-прежнему требовалась внешняя накачка светом. И вы уже, наверное, догадались, к чему я клоню, - на Форуме Intel объявила о последнем, решающем достижении в этой области, сумев интегрировать на тот же кристалл помимо лазера и источник накачки на основе фосфида индия. Так что теперь корпорация располагает всеми необходимыми технологиями для промышленного производства «обыкновенных», не требующих никаких специальных условий, кроме электропитания, полупроводниковых кристаллов, работающих с модулированным инфракрасным светом.

Правда, источник и приемник света пока довольно велики, поэтому использовать их для внутрипроцессорной связи не планируется - зато на их основе легко сооружается приемопередатчик из 25 лазеров с разной длиной волны и соответствующих им детекторов излучения, позволяющих при модулировании света каждого лазера с частотой 40 ГГц (два года назад Intel показывала модуляторы на 1 ГГц, а год назад - на 10), достичь пропускной способности (без коррекции ошибок) в 1 Тбит/с. При этом размеры приемопередатчика достаточно малы, чтобы сделать его частью будущего процессора Intel и использовать, скажем, для передачи данных между процессорами или между процессором и оперативной памятью, с быстродействием на порядок выше, чем в существующих системах, и на порядок большей же простотой подключения (два оптических канала вместо сотен медных и алюминиевых проводников). К сожалению, ничего похожего на Форуме не показали - представленный образец из четырех лазеров на одном кристалле только равномерно излучал свет. Но в отличие от многих других исследовательских проектов, появление соответствующих решений от Intel - дело ближайшего времени.

Самые важные вычислениuя

То, что в Intel окрестили Essential Computing, поставило меня в тупик с адекватным переводом. Отчасти Essential - это что-то составляющее неотъемлемую часть, и тут все более или менее понятно: например, клэйтроника, если она когда-нибудь войдет в нашу жизнь, действительно станет «неотъемлемой» вычислительной дисциплиной. Но вдобавок Essential еще и самое-самое важное, ценное, значимое, - и в соседи к клэйтронике попадает… программное обеспечение из сферы здравоохранения. Вечная мечта человечества - и забота об отдельных людях: ради столь благих целей никаких петафлопсов не жалко. С позволения читателя я оставлю в покое клэйтронику и, говоря про Essential Computing, буду иметь в виду только «здравоохранительную», а еще точнее - «домашне-здравоохранительную» часть этого многогранного понятия.

Основная демографическая проблема развитых стран - спад рождаемости в сочетании с резким ростом продолжительности жизни, который означает, что стариков в мире, особенно в пересчете на количество молодых и работающих людей, становится все больше и больше. Это и повышенная нагрузка на больницы и аналогичные учреждения, и недостаточный размер пенсий, и, конечно же, проблема ухода за пожилыми людьми. Ведь как бы нам ни хотелось обратного, мы не можем уделять им все свое время, да и они не хотят подобной опеки. На Форуме Intel показала чрезвычайно интересную систему, во многом решающую ряд возникающих при этом непростых задач. На человека надевается ряд необременительных датчиков - от привычных датчиков давления, температуры, уровня глюкозы в крови, кардиографических сенсоров и пр. до специального RFID-датчика, выполненного в виде браслета. Помимо датчиков, на человека вешается небольшая станция-передатчик, транслирующая получаемые данные на домашний компьютер (или сохраняющая их в себе). И если с медицинскими датчиками все понятно - следящая за ними автоматика подаст сигнал тревоги, если что-нибудь случится (после чего из больницы, к которой приписан пациент, либо позвонят и попросят выпить какую-нибудь таблетку, либо отправят «скорую»), то с RFID все более интересно. Предполагается, что на большинство предметов, с которыми может взаимодействовать человек, будут наклеены специальные радиометки - благо они стоят копейки, так что, касаясь любого предмета, датчик будет немедленно регистрировать, что именно взял в руки или до чего дотронулся его владелец. Простейшее сопоставление последовательности событий после этого (взял банку с кофе, взял ложку, взял чашку, взял сахарницу, снова ложку, снова чашку) позволяет с очень высокой степенью достоверности определять, что делает человек в данный момент. А это и контроль за приемом лекарств - если дедушка забыл принять таблетки, это будет тут же засечено; и напоминание о поставленном полчаса назад на плиту чайнике, и контроль за тем, чем человек питается, сколько времени тратит на работу и отдых, и многое, многое другое, что позволяет ненавязчиво помогать порой беспомощным старикам и более спокойно чувствовать себя их детям. К тому же если, не дай бог, что-нибудь случится - записи «черных ящиков» дадут врачам бесценную информацию, которая позволит установить, например, как себя чувствовал пациент накануне попадания в больницу, если он сам будет не в состоянии это рассказать.