2030-е |

Суперкомпьютеры достигают производительности в зеттафлопс

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…

Мясо «из пробирки» – быстроразвивающаяся отрасль производства

Последние достижения в области тканевой инженерии дали возможность «выращивать» синтетическое мясо при использовании отдельных клеток животных. Впервые такое мясо было продано общественности в 2020-х. После долгих лет проверки и уточнения, широкий спектр различных мясных продуктов был произведен на свет. Сейчас это быстро расширяющийся рынок, особенно в пострадавших от засухи регионах.

В лабораторном мясе имеется ряд преимуществ. Хотя это и просто кусок культивируемых клеток, но он производится без вреда или жестокости по отношению к животным. Это необыкновенно чистый и здоровый продукт, который сохранил оригинальный вкус, текстуру и внешний вид традиционного мяса. Возможно, наиболее важно то, что требуется гораздо меньше воды и энергии для его производства, значительно уменьшая пагубное воздействие на окружающую среду.

Однако ГМ-культуры из-за политических и психологических барьеров не стали столь популярными. Но новый продовольственный кризис, наряду с одобрением борцов за права животных, дали толчок к его развитию. Конечно, потребуется ещё много лет, чтобы полностью заменить традиционное мясо, но во многих странах оно уже является основным продуктом.

Больше…

Болезнь Альцгеймера полностью излечима

Новые методы лечения болезни Альцгеймера, разработанные в 2020-х годах, снизили риск приобретения болезни более чем наполовину. Благодаря новаторским усилиям, ещё одно десятилетие дало значительный прогресс. Исходя из множества долгосрочных исследований, учёные определили чёткие механизмы и процессы, связанные с потерей нейронов и синапсов в коре головного мозга и подкорковых областей. Дефектные гены могут быть «выключены» при помощи препаратов нового поколения, в то время как сам мозг может быть восстановлен.

Этот прорыв помог частично запрограммировать человеческий мозг, что обеспечило исследователей полными моделями нервной системы вплоть до клеточного уровня. Нанороботы, впервые разработанные в 2020х годах, сейчас широко применяются в медицинских учреждениях.

Способность бороться с болезнью Альцгеймера является одним из величайших открытием в истории 2030-х годов. Это происходит в то время, когда деменция растет: со старением населения число случаев заболевания к 2050 году в четыре раза больше, чем было в начале века.

Больше…

Лемуры на грани вымирания

После многих лет сокращения численности, подавляющее большинство лемуров во всех 103 видах находятся под угрозой исчезновения. Это явилось результатом идущей десятилетиями непрерывной вырубке лесов, добычи полезных ископаемых, охоты и подсечно-огневому способу земледелия на Мадагаскаре – единственной естественной средой обитания лемуров на планете. Осталась очень малая часть острова с первоначальным лесным покровом. Это заставляет перебираться лемуров и бесчисленное множество других видов животных на всё более мелкие и изолированные участки, пригодные для обитания.

В предыдущие десятилетия были предприняты попытки сохранить оставшиеся популяции. Эффективность этих проектов была жёстко ограничена социальным и политическим климатом Мадагаскара. Коррупция в правительстве и бессилие правоохранительных органов означало, что какие-либо ограничения на вырубку лесов и браконьерство не работали или попросту игнорировались. Крайняя бедность жителей также заставляла многих незаконно рубить лес или искать золото, чтобы обеспечить себя. Многие охотились на лемуров для употребления их в пищу.

С этого момента большинство оставшихся особей можно встретить только в зоопарках и частных коллекциях. Лемуры теперь входят в один ряд с лучистой черепахой и многими другими видами, исчезнувшими на Мадагаскаре. К середине 21-го века остров будет переживать одно из самых драматических массовых вымираний животных в истории. Это будет происходить наряду с многими схожими событиями в естественной природе в мире.

Больше…

Развитие квантовых компьютеров

Большинство государственных учреждений, университетов и научно-исследовательских институтов теперь имеют доступ к этой революционной технологии, которая предлагает захватывающие вычислительную мощность в совершенно другом масштабе, чем раньше. Эти машины работают путем прямого использования квантово-механических явлений, таких как квантовая суперпозиция и квантовая запутанность, для выполнения операций над данными. Помимо того, что это в триллионы раз быстрее, чем старые компьютеры, они абсолютно безопасны. Методы шифрования машин практически нерушимы, в связи с невообразимым количеством инструкций, выполняемых одновременно.

ВВС США вводит новый бомбардировщик

К 2037 г. число бомбардировщиков ВВС США упало ниже минимального требования. Это связано с сочетанием истощения, изменения в операционных процедурах и вывода из эксплуатации старых самолетов.

52 бомбардировщика находятся в эксплуатации в течение 85 лет – беспрецедентный период времени для военных транспортных средств. Последний из этих самолетов перестанет осуществлять свою деятельность в ближайшее время. Следующее поколение бомбардировщиков, усовершенствованной модели, было допущено к эксплуатации в 2018 году. Старые самолеты заменены новыми военными бомбардировщиками, известными под кодовым названием “2037 Бомбер”.

Новый бомбардировщик является передовым самолетом. Он имеет беспрецедентные возможности: нового поколения стелс; дальности полёта, позволяющего поражать цели практически в любой точке мира; полезной нагрузки, включая транспортировку ядерных боеголовок.

Большинство миссий может выполняться при дистанционном управлении, или даже полностью автоматизировано. Он используется в ряде войн за ресурсы, предоставляя США впечатляющее тактическое преимущество на поле боя.

Больше…

Истребитель шестого поколения поступает в армию США

К 2037 году поставки F-35 Lightning II для американских военных прекратились. Несмотря на то, что самолет планируется сохранить в эксплуатации до 2070 года, примерно в это время начинает выпускаться шестое поколение самолётов. Существующий флот ВМС из F/A-18E/F «Супер Хорнет» также сейчас уходит на пенсию, требуя замены. Новые истребители закупаются для ВМС США (программа известна как F/A-ХХ) и ВВС (известный как F-X). С точки зрения технологии – это крупный скачок в сравнении с F-35, разработка также должна превзойти китайские Чэнду J-20 и Шэньян J-31.

Самолеты шестого поколения имеют повышенную автономность (с возможностью быть беспилотными), на порядок улучшенную компьютерную начинку с расчётами алгоритмов, более быстрым маневрированием и сканированием поля боя, гиперзвуковым оружием, лазерными пушками, расширенными возможностями радиоэлектронной борьбы, лучшую технологию скрытности и так называемую “умную оболочку” – встроенными датчиками, уменьшающими сопротивление. У самолётов впервые появляется сверхзвуковой бесхвостый дизайн, что стало возможным благодаря передовому компьютерному моделированию и новым материалам корпуса.
Больше…

Космический аппарат НАСА Trident прибывает на Нептун

Trident − это миссия к внешним планетам, предложенная в 2019 году в рамках программы NASA Discovery. Запущенный в 2026 году, зонд совершает гравитационные манёвры вокруг Венеры (2027), Земли (2028 и 2031), Юпитера и его спутника Ио (2032), прежде чем достичь Нептуна в 2038 году, сосредоточившись на его самой большой луне – Тритоне.

Предыдущая миссия на Тритон – “Вояджер-2”, пролетал мимо него в 1989 году на расстоянии 40 000 км. Он обнаружил свидетельства геологической активности, с молодой поверхностью и относительно небольшим количеством ударных кратеров, несколькими криовулканами и очень тонким слоем атмосферы. Несмотря на испарение, происходящее в “летние” периоды, Луна имела самую холодную среднюю температуру в Солнечной Системе − 35,6 К (−237,6°С), что всего на 35°С выше абсолютного нуля.

После этого мимолётного пролёта “Вояджера-2” ледяное тело оставалось незамеченным ещё 50 лет, оставляя многие вопросы без ответа. “Трайдент” будет стремиться решить эти научные загадки, получив при этом почти полную карту поверхности (“Вояджер-2” нанес на карту только 40%) и предоставив изображения с высоким разрешением.

Космический аппарат совершает единственный облет, проходя через тонкую атмосферу Тритона на высоте 500 км, анализируя его ионосферу с помощью плазменного спектрометра и выполняя измерения магнитной индукции для оценки потенциального существования внутреннего океана. Его полезная нагрузка также включает в себя инфракрасный спектрометр, узкоугольную и широкоугольную камеры.

В дополнение к изучению Тритона, зонд открывает новые возможности для изучения Нептуна – и, следовательно, продвигает науку в понимании “ледяных гигантов”, которые являются наиболее распространенным типом экзопланет.

Сильным стимулом для запуска миссии является редкое и эффективное выравнивание между Юпитером, Нептуном и Тритоном в 2038 году. Кроме того, орбита Нептуна вокруг Солнечной системы в это время даёт наилучшую возможность изучить ледяные мантийные плюмы (криовулканы) Тритона – в случае потери этого окна возможности придётся ожидать ещё одно столетие.

Больше…

Мировой объём рынка космической отрасли превышает 1 триллион долларов

К концу 2030-х годов объём рынка мировой космической отрасли превысил 1 триллион долларов. Это в четыре раза больше по сравнению с 2010 годом и в десять раз больше с начала 21-го века. Стремительный рост в этом секторе во многом был вызван взрывным спросом на услуги высокоскоростного Интернета, включая недавнее создание глобальной спутниковой сети с квантовым шифрованием для сверхбезопасной связи. Однако, в настоящее время начался бум и в ряде других областей, включая космический туризм (с помощью космических самолётов и высотных аэростатов) и добычу ресурсов из околоземных астероидов. Последнее, хотя на него по-прежнему приходится лишь незначительная часть общемировых сырьевых товаров, в настоящее время считается относительно рутинным видом деятельности, поскольку отрасль достаточно развита в технологическом отношении.

В 1997 году частные инвестиции в космос впервые превысили государственные расходы. Эта тенденция сохранилась в 21 веке, когда космос становился всё более коммерциализированным. Доступ к космосу стал дешевле и проще благодаря новому поколению ракет-носителей. Эти и другие технологические инновации позволяли даже небольшим компаниям конкурировать и делать то, что раньше делали только крупные государственные органы. Среди наиболее известных предпринимателей, появившихся в это время, были Илон Маск, Джефф Безос, Питер Диамандис, Роберт Бигелоу и Ричард Брэнсон; но многие менее известные люди и группы также пользовались преимуществами меняющейся отраслевой картины. Краудфандинг, например, означал, что любые интернет-пользователи могли иметь долю в разработке космических проектов, таких как класс спутников «CubeSats». Эти крошечные космические корабли могли путешествовать и совершать полёты наряду с большими и более дорогими миссиями.

В то время как частные коммерческие предприятия являются доминирующей движущей силой, государственные космические агентства по-прежнему играют определённую роль. NASA разрабатывает свою пилотируемую программу Марса, и в этом десятилетии его астронавты впервые ступают на Красную планету. Кроме того, строится множество огромных телескопов, которые затмевают любую предыдущую обсерваторию. Китай, Европа, Индия, Япония, Россия и другие страны также добились прогресса в области исследования человеческого потенциала при международном сотрудничестве в создании первой базы на Луне. Тем временем, появляются новые страны, создающие свои собственные национальные космические агентства, так как их экономика становится достаточно развитой и богатой для этого. Число стран с независимыми возможностями запуска также продолжает расти.

Больше…

Зонд “Новые Горизонты” находится на расстоянии 100 а.е. от Солнца

Зонд New Horizons был запущен в 2006 году и долетел до Плутона в 2015 году. Осмотрев карликовую планету и её пять спутников, космическая станция направилась к поясу Койпера, где изучила маленькое ледяное тело. Эта фаза полета продолжалась до 2022 года, после чего “Новые Горизонты” начали движение к границе, известной как внешняя гелиосфера, где солнечный ветер встречается с местной межзвездной средой. К 2038 году зонд отлетает на 100 астрономических единиц (а.е.) от Солнца – что эквивалентно 100-кратному расстоянию между Землей и Солнцем – и продолжает двигаться в направлении созвездия Стрельца, которое включает в себя сверхмассивную чёрную дыру в центре нашей галактики.

Несмотря на то, что он был запущен со стартовой скоростью быстрее любого внешнего зонда до него, “Новые Горизонты” никогда не догонят ни “Вояджер-1” ни “Вояджер-2” – самые отдалённые объекты, созданные человеком. Близкие облёты Сатурна и Титана дали “Вояджеру-1” преимущество благодаря гравитационному манёвру. Когда New Horizons достигает 100 а.е., он движется со скоростью 13 км/с (46 800 км/ч), что примерно на 4 км/с (14400 км/ч) медленнее, чем “Вояджер-1” на этом расстоянии.

Больше…