Будущее компьютеров

За последние 10 лет мы стали свидетелями революции в нейрофизиологии. Технологии сканирования мозга и молекулярная биология позволили в целом понять, как работают память, восприятие и сознание. Параллельно с этим продолжается неотвратимый рост производительности как персональных компьютеров, так и суперкомпьютеров. А последние уже сегодня практически сравнялись с производительностью человеческого мозга. Поэтому только теперь наступает время воплощения результатов исследований мозга на базе только появляющихся достаточно быстрых суперкомпьютеров. Для проекта по моделированию человеческого мозга, в 2005 г. была построена специальная версия суперкомпьютера под кодовым названием BlueBrain. С его помощью исследователи надеются пролить свет на главные загадки человеческого мозга - познание, память, и, если удастся, то и само сознание. Машина имеет пиковую скорость около 22,8 терафлопс.

Преимущества искусственного интеллекта (ИИ):

а) скорость распространения сигналов между нейронами - 100 м/с, а между микросхемами - 300 000 км/с (скорость света), при этом и время срабатывания у нейронов мозга человека примерно в миллиард раз меньше по сравнению с кремниевыми элементами (на сегодня) и этот разрыв продолжает нарастать;

б) количество нейронов в мозгу человека ~ 10 миллиардов, у ИИ - практически без ограничений;

в) срок функционирования ИИ скорее всего будет соизмерим со сроком жизни звезды (миллиарды лет), что может быть связано, например, с реализацией переноса программы ИИ (аналог сознания у человека) из одной электронной среды в другую;

г) при управлении цивилизацией не будет сказываться "человеческий фактор" (у любого человека всегда есть недостатки, а так же, возможно, непонимание приоритетов развития);

д) мгновенная одновременная обработка и управление миллиардами каналов (т.е. непосредственная "вживляемость" ИИ в электронно-компьютерные сети, всё более опутывающие планету).

Молекулярные компьютеры

Недавно компания Hewlett-Packard объявила о первых успехах в изготовлении компонентов, из которых могут быть построены мощные молекулярные компьютеры. Ученые из HP и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) объявили о том, что им удалось заставить молекулы ротаксана переходить из одного состояния в другое - по существу, это означает создание молекулярного элемента памяти.

Следующим шагом должно стать изготовление логических ключей, способных выполнять функции И, ИЛИ и НЕ. Весь такой компьютер может состоять из слоя проводников, проложенных в одном направлении, слоя молекул ротаксана и слоя проводников, направленных в обратную сторону. Конфигурация компонентов, состоящих из необходимого числа ячеек памяти и логических ключей, создается электронным способом. По оценкам ученых HP, подобный компьютер будет в 100 млрд. раз экономичнее современных микропроцессоров, занимая во много раз меньше места.

Молекулярный компьютер размером с песчинку может содержать миллиарды молекул. А если научиться делать компьютеры не трехслойными, а трехмерными, преодолев ограничения процесса плоской литографии, применяемого для изготовления микропроцессоров сегодня, преимущества станут еще больше.

Массовое производство действующего молекулярного компьютера вполне может начаться где-нибудь между 2005 и 2015 годами.

Биокомпьютеры

Применение в вычислительной технике биологических материалов позволит со временем уменьшить компьютеры до размеров живой клетки. Пока эта чашка Петри, наполненная спиралями ДНК, или нейроны, взятые у пиявки и подсоединенные к электрическим проводам. По существу, наши собственные клетки - это не что иное, как биомашины молекулярного размера, а примером биокомпьютера, конечно, служит наш мозг.

Ихуд Шапиро из Вейцманоского института естественных наук соорудил пластмассовую модель биологического компьютера высотой 30 см. Если бы это устройство состояло из настоящих биологических молекул, его размер был бы равен размеру одного из компонентов клетки - 0,000025 мм. По мнению Шапиро, современные достижения в области сборки молекул позволяют создавать устройства клеточного размера, которое можно применять для биомониторинга.

Оптические компьютеры

По сравнению с тем, что обещают молекулярные или биологические компьютеры, оптические ПК могут показаться не очень впечатляющими. Однако ввиду того, что оптоволокно стало предпочтительным материалом для широкополосной связи, всем традиционным кремниевым устройствам, чтобы передать информацию на расстояние нескольких миль, приходится каждый раз преобразовывать электрические сигналы в световые и обратно.

Эти операции можно упростить, если заменить электронные компоненты чисто оптическими. Первыми станут оптические повторители и усилители оптоволоконных линий дальней связи, которые позволят сохранять сигнал в световой форме при передаче через все океаны и континенты. Со временем и сами компьютеры перейдут на оптическую основу, хотя первые модели, по-видимому, будут представлять собой гибриды с применением света и электричества. Оптический компьютер может быть меньше электрического, так как оптоволокно значительно тоньше (и быстрее) по сравнению с сопоставимыми по ширине полосы пропускания электрическими проводниками. По существу, применение электронных коммутаторов ограничивает быстродействие сетей примерно 50 Гбит/с. Чтобы достичь терабитных скоростей потребуются оптические коммутаторы.

Квантовые компьютеры

Квантовый компьютер будет состоять из компонентов субатомного размера и работать по принципам квантовой механики. Квантовый мир - очень странное место, в котором объекты могут занимать два разных положения одновременно. Например, один квантовый бит может принимать несколько значений одновременно, то есть находиться сразу в состояниях "включено", "выключено" и в переходном состоянии. 32 таких бита, называемых q-битами, могут образовать свыше 4 млрд комбинаций - вот истинный пример массово-паралельного компьютера. Однако, чтобы q-биты работали в квантовом устройстве, они должны взаимодействовать между собой. Пока ученым удалось связать друг с другом только три электрона. Уже есть несколько действующих квантовых компонентов - как запоминающих, так и логических. Теоретически квантовые компьютеры могут состоять из атомов, молекул, атомных частиц или "псевдоатомов". Последний представляет собой четыре квантовых ячейки на кремниевой подложке, образующих квадрат, причем в каждой такой ячейке может находиться по электрону. Когда присутствуют два электрона, силы отталкивания заставляют их размещаться по диагонали. Одна диагональ соответствует логической "1", а вторая - "0". Ряд таких ячеек может служить проводником электронов, так как новые электроны будут выталкивать предыдущие в соседние ячейки. Компьютеру, построенному из таких элементов, не потребуется непрерывная подача энергии. Однажды занесенные в него электроны больше не покинут систему.

Заключение

Развитие электронно-вычислительные машины (ЭВМ) в наше время достигло таких высот относительно за короткий промежуток времени, что сложно представить жизнь без них. И хотя с развитием ЭВМ связано много открытий, таких как квантовая механика намного упростилась система счёта и вычислений связанная с ней. Очень много математиков-физиков сделали вклад в развитие ЭВМ таких как Джон фон Нейман, и многие др. Я думаю, что история развития вычислительной технике на этом не остановиться и учёные всего мира будут трудиться над изучением всё новых более сложных и быстрых вычислений, чтобы они были более доступны нам простым людям.

Список литературы

1. Морозов Ю.М. «История и методология вычислительной техники»

2. Острейковский В.А. «Информатика», Москва 2000.

3. Решетников В.Н., Сотников А.Н. «Информатика - что это», Москва 1989.