Метка: Компьютеры и интернет

Производители полупроводников достигли предела миниатюризации компьютерных чипов. Самые маленькие транзисторы сейчас производятся на основе технологических процессов, оперирующих объектами размером до 4 нанометров, что близко к размеру отдельных атомов. Работать с частицами кремния меньшего размера уже невозможно в связи с эффектами квантового туннелирования.

Закон Мура предполагает увеличение мощности компьютеров в два раза каждые 18 месяцев. Однако теперь парадигма меняется в связи с отказом от традиционных микросхем в пользу многоуровневых пространственных интегральных микросхем на основе графена и других новых материалов.

Больше…

В течение 2010-х годов твердотельные накопители (SSD) стали более предпочтительным выбором для работы компьютерных операционных систем и приложений из-за их гораздо большей скорости, чем традиционные жесткие диски. Однако, последние по-прежнему играют определенную роль в архивировании/резервном копировании и в общем хранении данных. Они не исчезли как таковые и продолжают составлять часть вычислительных экосистем. Текущие исследования и разработки привели к появлению огромных объёмов: к началу следующего десятилетия появились накопители 20 терабайт (ТБ), основанные на технологии черепичной магнитной записи SMR (Shingled Magnetic Recording).

Ещё одно нововведение – термомагнитная запись (HAMR (heat-assisted magnetic recording)) – ещё больше увеличило производительность. Суть технологии состоит в локальном нагревании лазером крошечной поверхности пластин жёсткого диска до 450° C, а затем охлаждения до комнатной температуры менее чем за наносекунду. Во время этого процесса поверхность становится более восприимчивой к магнитным воздействиям, что позволяет записывать данные на гораздо меньшие пространства, чем при обычной магнитной записи (CMR). Кроме того, новые накопители с несколькими приводами позволяют считывать огромные объемы данных на скоростях, соответствующих или превышающих современные жёсткие диски, что делает их более практичными для повседневного использования.

Первоначально начиная с 20 ТБ, новые диски HAMR быстро увеличили свою ёмкость в течение следующих нескольких лет, достигнув 50 ТБ к 2026 году. Несмотря на то, что разрыв между ценой байта сокращается, обычные жесткие диски продолжают лидировать над твердотельными накопителями в течение некоторого времени, благодаря их доступности и большей ёмкости.

Глобальный объём цифровых данных во всем мире увеличился с 33 зеттабайтов в 2018 году до более чем 200 зеттабайт к 2026 году и продолжает расти экспоненциально.

Больше…

Дисплеи 8K (с разрешением 33 МП на глаз) являются довольно стандартной функцией виртуальной реальности (VR) в этом году. Они предлагают в четыре раза больше пикселей, чем лучшие потребительские VR-продукты десятилетней давности.

После длительного периода практически без активности, индустрия виртуальной реальности пережила значительное оживление примерно с 2015 года. Прототип Oculus Rift и его последующий коммерческий выпуск привели к появлению десятков конкурентов в течение нескольких лет, в том числе моделей с лучшим разрешением и полями обзора (FOV).

Изначально будучи несколько дорогой и нишевой формой развлечений, VR значительно снизилась в стоимости в течение 2020-х годов. Пандемия COVID-19 ускорила его повсеместное внедрение. В период с 2021 по 2028 год в отрасли наблюдался совокупный годовой темп роста в 18 %. Виртуальные, дополненные и смешанные реальности вместе принесли 1,5 трлн долларов чистой экономической прибыли к концу десятилетия.

К 2030 году качество виртуальной реальности улучшается в геометрической прогрессии. Новейшие экраны теперь обеспечивают захватывающую детализацию и реалистичность, сверхнизкую задержку и широкий диапазон обзора, в то время как множество новых функций объединяются для дальнейшего повышения уровня погружения и интерактивности. Например, большинство гарнитур теперь включают в стандартную комплектацию опцию интерфейса мозг-компьютер (brain-computer interface, BCI) для записи электрических сигналов пользователей, позволяя управлять действиями, просто думая о них. Такая технология уже начала появляться несколько лет назад, но теперь значительно улучшилась с точки зрения скорости, точности и повсеместности.

Неинвазивные датчики, размещенные на коже головы, на сегодняшний день являются предпочтительным выбором для основного использования BCI. Однако в настоящее время начали появляться более продвинутые варианты инвазивных интерфейсов, поскольку технология переходит от чисто клинических применений (таких как лечение паралича) к бизнесу, отдыху и развлечениям. Хотя они всё ещё находятся на нишевой и экспериментальной стадии развития, ранние последователи, желающие пройти хирургическое вмешательство и иметь электроды, соприкасающиеся с поверхностью их мозга, могут использовать двунаправленные связи как для чтения, так и для записи информации в неокортекс головного мозга.

В играх виртуальной реальности эти более агрессивные BCI могут повысить уровень погружения, обманывая чувства таким образом, чтобы приблизить игрока к действию. Новые зрительные, слуховые и тактильные ощущения становятся возможными благодаря стимуляции как моторной, так и зрительной области коры головного мозга. На данном этапе эти эффекты довольно ограничены и используются только самыми закоренелыми геймерами, но обеспечивают более реалистичные способы взаимодействия с моделируемыми людьми, объектами и окружающей средой.

В этом десятилетии наблюдается значительный прогресс в технологии BCI, поскольку количество электродов, используемых в имплантатах, растет не по дням, а по часам, позволяя записывать и декодировать более крупные и сложные паттерны мозга. В дополнение к играм, интерфейсы мозг-компьютер приобретают популярность благодаря улучшению оздоровительных функций, таких как управляемая медитация и улучшение качества сна. В то же время возникают этические проблемы, связанные с согласием, конфиденциальностью, идентификацией и управлением, особенно когда BCI сочетаются с ИИ.

Больше…

К 2030 году появился новый стандарт мобильной связи, который предлагает ещё большую скорость, чем 5G. Ранние исследования шестого поколения (6G) начались в конце 2010-х годов, когда Китай, США и другие страны исследовали потенциал работы на более высоких частотах.

В то время как первые четыре поколения мобильных устройств работали в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч мегагерц, 5G расширила этот диапазон до десятков тысяч и сотен тысяч. Революционная технология того времени позволила значительно улучшить пропускную способность и снизить задержку. Однако, не обошлось без проблем, так как экспоненциально растущий спрос на беспроводную передачу данных оказывал всё большее давление на поставщиков услуг, в то время как для некоторых специализированных и новых приложений требовались ещё более высокие частоты.

Это привело к разработке 6G, основанной на частотах от 100 ГГц до 1 ТГц и выше. Десятикратное увеличение скорости передачи данных означает, что пользователи пользуются терабитами в секунду (Тбит/с). Кроме того, улучшенная стабильность и задержка сети, достигаемая с помощью алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения, могут сочетаться с ещё большим географическим охватом. Интернет Вещей, уже хорошо зарекомендовавший себя в 2020-х годах, теперь имеет потенциал вырасти ещё на несколько порядков и связывать не миллиарды, а триллионы объектов.

После десятилетия исследований и испытаний, широкое распространение 6G происходит в 2030-х годах. Однако, беспроводная связь в настоящее время выходит на плато с точки зрения прогресса, так как становится чрезвычайно трудно выйти за пределы терагерцового диапазона. Эти ограничения в конечном счёте преодолеваются, но требуют совершенно новых подходов и фундаментальных прорывов в физике. Идея седьмого стандарта (7G) также ставится под сомнение рядом новых технологий, которые поддерживают существующую беспроводную связь, делая будущие достижения итеративными, а не поколенческими.

Зеттафлопс – производительность суперкомпьютеров теперь в тысячу раз мощнее, чем компьютеры 2020 года и в миллион раз мощнее, чем компьютеры в 2010 году. Одна из сфер, получивших особое преимущество за это время, – метеорология. Прогнозы погоды могут быть сгенерированы с 99% точностью в течение двух недель. Спутники могут сопоставить модели ветра и дождя в режиме реального времени в феноменальном разрешении, от квадратных километров значений предыдущих десятилетий, вплоть до квадратных метров в настоящем времени.

Глобальное потепление, моделирование климата и прогнозы уровня моря также могут быть получены, но уже с большей детализацией, чем когда-либо прежде, давая большую достоверность долгосрочной перспективы развития жизнедеятельности планеты.

Больше…

Дальнейшее сближение интернет сети и физического мира привело к появлению “Web 4.0” – новое поколение интернета. Семантический анализ программ произошел в формах ИИ (искусственного интеллекта), который теперь выполняет огромный спектр автоматизированных задач для бизнеса, государства и потребителей. Ускорение работы массивно-параллельных сетей, поисковых роботов-охотников текстовой и визуальной информации – в сочетании самых тонких возможностей человека (таких как распознавание образов) и возможностей машин (такие как скорость и память) дают потрясающие результаты.

В дополнение к действующим в качестве высокоразвитых поисковых систем, ИИ играют важную функцию в реальном мире – сбор информации из массива сенсоров, камер и других устройств слежения, на транспортных средствах, и даже от самих людей.

Несмотря на неприкосновенность частной жизни, это новое поколение IT обещает принести огромную пользу обществу. Преступления быстрее и проще раскрыть благодаря этим интеллектуальным виртуальным агентам, транспорт и логистика становятся более плавными и эффективными; ресурсы теперь можно распределять более точно и безошибочно.

Кроме того, практически каждое физическое существование документа в настоящее время подвергается цифровому кодированию, резервному копированию и даже может архивироваться онлайн. Это включает в себя полные копии всех книг, журналов, рукописей и другой литературы, когда-либо опубликованных – формирование полного хранилища человеческих знаний. Эти документы могут быть получены и проанализированы, при помощи речевых команд, в переводе с любых из 6000 языков мира и доступны через голографические изображения 3D.

Web 4.0 – это процесс демократизации в интернете. Традиционные информационные агентства чувствуют себя ещё более отсталыми по сравнению с блоггерами и другими социальными медиа источниками, когда речь идет о скорости и точности информации.

Больше…

В дополнение к Web 4.0, скорость соединения также значительно улучшилась. Пропускная способность увеличивается примерно на 50% каждый год. Во многих домах и офисах в развитых странах мира теперь доступно соединение со скоростью 1 терабит. Многие из этих соединений сейчас появляются и на самих людях, в виде переносных или имплантируемых устройств.

Больше…

К 2033–2035 гг. квантовые компьютеры становятся настолько мощными и с таким длительным временем когерентности, – что они могут разблокировать ранее высокоуровневое шифрование с сотнями цифр за считанные секунды.

Квантовые компьютеры начали появляться в предыдущем десятилетии как революционная альтернатива “классическим” компьютерам. В то время как последние были ограничены двоичными единицами и нулями, квантовые системы имели преимущество одновременного использования нескольких значений, что позволяло им работать с астрономически огромными числами, на вычисление которых обычно уходили миллионы или миллиарды лет.

В течение 2010-х годов самые мощные квантовые компьютеры содержали несколько десятков кубитов – квантовый эквивалент компьютерных битов, что делало их хуже традиционных компьютеров. Такие компании, как D-Wave, заявляли о тысячах кубитов, но полагались на метод, называемый квантовым отжигом, не принятый исследователями в качестве “универсальных” квантовых компьютеров и подверженный высокой частоте ошибок.

В то время как быстрое наращивание кубитов произошло в 2020-х годах, время согласованности (когерентности) оставалось большой проблемой. Определяемый как время, в течение которого кубит может хранить точную информацию, обычно измерялся в масштабах нано – или микросекунд. Однако к концу десятилетия квантовые компьютеры начали превышать время когерентности в одну секунду или более.

В 2030-х годах время согласованности возросло ещё больше, со стабильными и непрерывными вычислениями продолжительностью 10 секунд или более. Сочетание всё более последовательных и отказоустойчивых систем с ещё более высоким количеством кубитов теперь позволило квантовым компьютерам работать с поистине гигантскими числами. Это включает в себя и решение алгоритмов шифрования высокого уровня. Например, классическим компьютерам потребовалось бы 300 триллионов лет, чтобы преодолеть 617 цифр стандарта шифрования RSA-2048. Владельцы квантовых компьютеров теперь достигают этого успеха за 10 секунд.

К середине 2030-х годов, с переходом крупномасштабных квантовых компьютеров из лаборатории в более широкое использование, огромные объемы доступной вычислительной мощности открывают множество возможностей, но также и опасностей. В то время как большинство правительств и предприятий приняли меры по модернизации своей ИТ-инфраструктуры, устаревшие системы без необходимых улучшений безопасности в настоящее время уязвимы для кибератак со стороны государственных структур и организованных преступников.

В дополнение к персональным данным пользователей, возможность взлома ключей RSA-2048 также раскрывают государственные и промышленные секреты, а также информацию, относящуюся к давним теориям заговора, историческим архивам и так далее. Сообщения средств массовой информации этого времени освещают ряд взломов и утечек, что побуждает к более тщательному изучению технологий квантовых компьютеров и шифрования в целом.

Больше…

Устройства хранения данных теперь доступны с емкостью более одного экзабайт (миллионов терабайт). Это может показаться чрезмерным для наблюдателей предыдущих десятилетий. Но подобные устройства стали необходимыми в современном мире, в связи с экспоненциальным ростом информационных технологий. Изо дня в день средний опыт человека включает колоссальные объемы данных, особенно тех, кто использует нейронные интерфейсы или биотехногенные имплантаты.

Больше…

Суперкомпьютеры сейчас в 1000 раз мощнее, чем в 2021 году. Самые быстрые машины достигают 10²¹ операций с плавающей запятой в секунду (FLOPS). Зеттаскейл – термин, обозначающий суперкомпьютеры с производительностью порядка одного зеттафлопса, следует после экзаскейла (миллиарда миллиардов (10¹⁸) операций над числами с плавающей точкой в секунду).

Суперкомпьютер, работающий на 1 зеттафлопсе, способен полностью моделировать погоду следующих двух недель на Земле. Количество людей, жалующихся на неточные прогнозы, сводится к нулю, поскольку всё больше и больше метеорологических агентств модернизируют свои системы мониторинга. Модели изменения климата также становятся более точными, чем когда-либо прежде, что еще больше снижает неопределенность в отношении повышения температуры и будущих последствий. Это оказывает ещё большее давление на правительства и предприятия, требуя принятия значимых мер.

Вычисления zettascale также могут значительно сократить время, необходимое для астрофизического моделирования редких явлений, таких как черные дыры, слияния нейтронных звезд и сверхновых. Например, расчеты 3D-модели нестабильности ударной волны от коллапсирующего ядра сверхновой, для выполнения которых на машинах с петафлопсом требовался миллион процессорных часов, на машинах с эксафлопсом 1000 часов, теперь можно выполнить всего за один час.

В микроскопическом масштабе биологические исследования переходят от “моделирования концепции доказательства” к “моделированию производства”. В то время как первые могут представлять короткие траектории в больших системах, содержащих многие миллионы атомов, или миллисекундные траектории в ультра-упрощенных системах, последние позволяют хорошо отбирать образцы больших систем, встроенных в сложные биологические среды. Можно наблюдать не только сворачивание крупных белков, но и весь клеточный протеом и динамику всех путей передачи сигналов. Это раскрывает механизмы старения, клеточного цикла и многих других аспектов биологии более подробно, чем когда-либо прежде.

Наряду с этими традиционными приложениями продолжают появляться интеллектуальные вычислительные приложения, такие как глубокое обучение. Поэтому в конструкциях процессоров в системах зеттаскейл больше учитывается арифметика смешанной точности (числа с различной шириной за одну операцию) для поддержки более разнообразных рабочих нагрузок. Микроархитектуры развиваются, чтобы состоять из все более разнообразных и гетерогенных компонентов, при этом многие формы специализированных ускорителей, включая новые парадигмы, такие как квантовые вычисления, сосуществуют для повышения производительности. Новые соединительные материалы, такие как фотонные кристаллы, позволяют использовать полностью оптические соединительные системы, что приводит к более масштабируемому, высокоскоростному и недорогому соединению. Технологии мемристоров также развиваются, сокращая разрыв между хранилищем данных и вычислениями.

Несмотря на новые системы охлаждения и другие улучшения эффективности, требования к мощности для вычислений зеттаскейл огромны. Некоторые из них имеют пиковое потребление свыше 100 мегаватт (МВт), достаточное для питания небольшого города, и более чем в три раза превышающее показатель японской Фугаку, самой быстрой машины в мире в 2021 году.

Больше…