Журнал «Компьютерра» №25-26 от 12 июля 2005 года

Сверхновые процессоры: Сверхновые процессоры

По-настоящему новая техника создается лишь на иных физических принципах, нежели те, что использовались ранее.

В 50-х годах было построено множество ламповых ЭВМ - кровная заинтересованность военных и ученых давала возможность быстро совершенствовать эти устройства, но все они были очень похожи друг на друга. Внушительные габариты, колоссальная стоимость, низкая надежность… Жара машинных залов. Гул вентиляторов.

Когда благодаря пионерским разработкам Физического института Академии наук СССР (ФИАН) появились газоразрядные тиратроны с холодным катодом - хоть и лампы, но уже не электронно-вакуумные, - для мирового инженерного сообщества это, разумеется, было потрясением. Новые - ионные - приборы позволяли значительно упростить схемные решения за счет использования существенно нелинейных характеристик низкотемпературной плазмы. «Неонки» были в 5-10 раз компактнее радиоламп, гораздо дешевле, токи потребления и тепловыделение - мизерные. В 1952 году ФИАН посетил знаменитый француз - академик Пьер Оже. Когда ему рассказали о переносном вычислителе-анализаторе ядерных и космических излучений на полторы тысячи счетчиков, он трижды переспросил, чтобы убедиться, что не ослышался. В европейских лабораториях в те годы большими считались стационарные ламповые анализаторы максимум на сотню счетчиков. Именно на базе ионной технологии в 50-х годах были созданы первые ЭВМ размером с гардероб - «Океан», разработанная в Вычислительном центре АН СССР, и управляющие машины «Эра-800» и «Никель», пригодные для эксплуатации в жестких условиях металлургических заводов. Многие инженеры, с которыми я беседовал о тех временах, вспоминали, что были буквально влюблены в плазменную электронику.

Ну-с, а потом пришла физика твердого тела. Какое-то время, конечно, потребовалось исследователям и технологам, но в один прекрасный момент появился микропроцессор… Для меня «этот момент» выглядел так: отец принес с работы журнал «Электроника» и молча, но многозначительно постучал пальцем по анонсу на обложке. Там была нарисована микросхема, и что-то говорилось о «микропроцессоре». Что такое «просто» процессор я к тому времени представлял себе очень хорошо, поэтому слово «микропроцессор» и изображенную микросхему я поначалу никак между собой не связал. Но когда трижды (как академик Оже!) перечитал статью о том, что вот эта самая микросхема и есть микропроцессор, все и произошло. Я влюбился в этот прибор!

Так вот, вопрос. Каким должно стать вычислительное устройство, чтобы оно поразило ваше воображение? Каким он будет - сверхновый процессор? Об этом я спрашивал всех авторов темы номера.

Профессор О. А. Волков (интервью с ним - на стр. 26) ответил так: «До сих пор мы интегрируем элементную базу… Мы научились делать микросхемы и с тех пор просто наращиваем количество интегрированных компонентов. Вот когда мы начнем интегрировать физические процессы, когда от локальных „деталюшек“ перейдем к распределенным функциям обработки информации, закодированной в переменных физических процессов… вот тогда - то, что получится в результате, наверняка будет поражать воображение».

Другой точки зрения придерживается Вадим Омельянчик, руководитель лаборатории, занимающейся перспективными алгоритмами обработки сигналов. Процессор будущего, говорит он, это не столько «невиданное железо», сколько «невиданный софт». Внешне прибор будет как сегодняшний, но процессы внутри все будут другими. Красивее и намного глубже.

Руководитель постоянно действующего изобретательского семинара А. А. Калиновский считает, что интегрированию физических явлений и процессов еще предстоит научиться. Он считает, что принципы конструирования инженерных систем из отдельных узлов (элементов) необходимо распространить на процессы создания физических систем, где роль «элементной базы» будут играть сотни и тысячи открытых учеными физических явлений и эффектов. Но чтобы это осуществить, потребуется глубокая перестройка сознания разработчиков, в частности отказ от понятий «узел» или «элемент» в пользу понятий «явление», «процесс».

Дмитрий Лежаков - специалист в области математического моделирования процессов аэро- и гидродинамики - подметил любопытную особенность технического прогресса: «Мы берем новый физический принцип и - р-раз! Видим, что наше устройство стало конструктивно проще. Там стало меньше деталей. Потом начинаются усовершенствования, доработки… Конструкция усложняется, опять становится много деталей… И в какой-то момент надо брать новый принцип, который вновь приведет к тому, что половину деталей можно будет выбросить без ущерба для функциональности.»

Еще один мой собеседник высказал следующую мысль: «Если бы мы вложили столько денег в разработку полупроводниковых технологий, сколько Intel, если бы наработали хотя бы десятую часть того ПО, которое сегодня обслуживает платформу РС… Короче говоря, нам было бы не до новых физических принципов - „отбить“ бы вложения. И буржуи в нас никаких особенных денег не вложили. Мы вообще свободны! Мы можем позволить себе рисковать и делать что-то новое. Хуже не будет! Куда ж хуже-то?!»

А название темы номера навеяли результаты исследований вычислительных возможностей материи окружающего мира, проведенных профессором Массачусетского технологического института Сетом Ллойдом (Seth Lloyd). Сверхновые звезды и черные дыры - оказывается, именно эти объекты являются самыми мощными «устройствами» обработки информации в нашей Вселенной. Исключая, конечно, саму Вселенную, которая, по Ллойду, Хокингу и др., тоже представляет собой могучий процессор[Подробнее см. во врезках к статье Олега Волкова и www.xxx.lanl.gov/quant-ph/0110141]. И функционируют эти вычислители совсем иначе, нежели те, которые мы используем сегодня.