Перспективы и темпы развития информационных компьютерных систем – нанотехнологии

    Что же касается ситуации в мире на сегодня, уже есть модель, работающая на двух кубитах. Конечно это не 1000, к которым  стремятся ученые, но он уже может  найти множители, на которые разлагается  число. Потенциал же килокубитного  квантового компьютера огромен. Он сможет за минуты просчитывать данные, на которые  у нынешних систем уйдут годы, а  то и десятилетия. С точки зрения информационной безопасности, как только будет построен квантовый компьютер, все системы защиты данных с открытым ключом рухнут, так как квантовый  алгоритм позволяет быстро взломать коды. Самый производительный нынешний компьютер, если и решит эту задачу, то за несколько лет. Сегодня криптозащита держится только по той причине, что  квантовый компьютер находится  в самом начале своего развития. И 2–3-х кубитов не достаточно для  взлома шифров.

    Предвидя  такое развитие событий, компании задумываются о квантовой криптографии, против которых компьютер нового поколения  будет бессилен. Особенность квантовой  криптозащиты в том, что при попытке  «подслушать» информацию она разрушается  по закону неопределенности Гейзенберга. Таким образом, при попытке получить доступ к зашифрованному потоку, информация в нем будет утеряна. Однако не стоит считать неуязвимость квантовой  криптозащиты абсолютной, как и в  любой системе, в ней есть свои слабые места.

    На  данный момент в Швейцарии уже  действует квантовый интернет, протяженность  сети составляет 100 км. Уже три года он связывает Женеву и Цюрих. В  основе передачи информации такой сетью  лежит квантовая сцепленность –  явление при котором квантовые  состояния двух или более объектов влияют друг на друга, даже если они  разнесены в пространстве. Достоинство  сети – в ее безопасности. При  попытке «подслушать» трафик сети извне  сигнал искажается, что сигнализирует  принимающей стороне о попытке  перехвата. Для того чтобы проложить  такой интернет на больших расстояниях, требуется квантовый репитер, который будет пересылать сигнал. И в Европе уже созданы сообщества по работе над ним.

    4. Перспективы информационных  компьютерных систем  в нанотехнологиях

    Международная группа исследователей создала первый в мире логический элемент на основе наночастиц размером около 5 нанометров и кольцевых молекул белка, извлеченного из листьев тополя. Белок в этом элементе выступает в роли изолятора  для каждой из прикрепленных к  внутренним порам наночастиц. Управление каждой из таких частиц в отдельности  осуществляется с помощью атомно-силового микроскопа.

    Микросхемы  становятся все меньше и меньше в  размерах, а теперь свой вклад в  развитие электроники смогут внести и деревья. Созданный учеными  простейший логический элемент уже  поддерживает функцию «Set-Reset» и  имеет память состояний. Интересно, что технология получения микроскопических логических элементов из белка древесных  листьев уже запатентована и  лицензирована сторонними организациями. Вполне вероятно, что в недалеком  будущем прорывы в развитии технологий будут связаны с переходом  от использования одного вида деревьев к другим, например, от тополей к  дубу.

    Машина  «Set–Reset» представляет собой простейший логический элемент со встроенной памятью. Выходной сигнал этого элемента является нелинейной функцией от входного сигнала  и состояния, сохраненного в памяти элемента. Любопытно, что гибридная  логическая машина, построенная из наночастиц и белка, работает при  комнатной температуре. Также новый  логический элемент может работать в качестве сбалансированного троичного  умножителя. Для реализации логических операций с подачей сигнала на вход и снятии сигнала на выходе осуществляются с помощью атомно-силового микроскопа. Обработка логических операций установки (Set) и сброса (Reset) состояний проводится на основании конечной емкости наночастицы, которая остается неизменной за счет высоких изолирующих свойств белка – это обеспечивает стабильность состояний логического элемента. Также удалось продемонстрировать работу нового элемента в цикле – при каждом успешном цикле предыдущее состояние памяти сохраняется в качестве текущего состояния. Затраты энергии на один цикл вычислений сокращаются за счет сохранения заряда, обозначающего предыдущее состояние.

    Корпорация Intel представит чипы на архитектуре  следующего поколения Sandy Bridge в январе 2011 года. Об этом пишет CNet News со ссылкой  на официальное приглашение на презентацию  чипов, поступившее в редакцию издания.

    Это мероприятие состоится 5 января в  рамках выставки Consumer Electronics Show (CES) 2011. При этом Intel не уточнила, какие именно модели будут представлены компанией. Вместе с тем, неофициальные данные о моделях были опубликованы в  августе.

    Некоторые детали архитектуры Sandy Bridge, которую  сама Intel называет "вторым поколением чипов Intel Core", были раскрыты самой Intel в сентябре 2010 года. Так, чипы на этой архитектуре будут создаваться  с использованием 32-нанометрового  техпроцесса. Как уточняет Digitimes, к  выходу новых чипов Intel планирует  прекратить выпуск 21 модели процессоров, основанных на 45-нанометровом техпроцессе.

    Отличительной особенностью архитектуры Sandy Bridge является расположение на одной пластине как  компьютерного, так и графического чипа. В результате, энергопотребление  процессоров при обработке видео  будет существенно снижено по сравнению с нынешним поколением чипов. Отметим, что на базе архитектуры Sandy Bridge будут выпускаться процессоры как для настольных компьютеров, так и для ноутбуков.

    Ученые  из шведского Королевского технологического института разработали технологию, в которой наножидкости используются для охлаждения серверов крупных  дата-центров. Группа исследователей экспериментировала с различными наночастицами, наиболее перспективными из которых оказались  окиси металлов цинка и меди.

    Наножидкость  создают путем ввода в нее  наночастиц, в результате чего она  приобретает способность отводить тепло намного лучше, чем обычные  охлаждающие жидкости. «Например, если вы используете для охлаждения электронного оборудования воду и добавите эти  наночастицы, то получите наножидкость, которая будет отводить тепло  на 30-40% лучше воды», - рассказал исследователь  института Мэмун Мухаммед (Mamoun Muhammed).

    Благодаря использованию наножидкостей значительно  сократится выброс углекислого газа в атмосферу, а предприятия смогут уменьшить затраты на содержание дата-центров. «Компании сократят стоимость  охлаждения; во-вторых, их электронное  оборудование будет лучше функционировать  при более низких температурах; в-третьих, это более зеленая технология, в которой используется меньше энергии, - считает г-н Мухаммед. – Я  думаю, что в течение 3-7 лет применение наножидкостей станет господствующей технологией. Основная проблема заключается  в том, чтобы найти идеальную  концентрацию частиц». Кстати, в мировом  масштабе дата-центры ответственны за 23% углекислого газа, произведенного инфраструктурой информационно-коммуникационных технологий. По данным аналитической  компании Gartner, это составляет 0,5% полного  объема производимого человечеством  углекислого газа, столько же, сколько  производит вся мировая авиация.

    Корпорация Intel объявила о планах разработать 50-ядерную  систему на кристалле. Соответствующее  заявление было сделано в рамках Международной суперкомпьютерной  конференции (ISC), сообщается в официальном пресс-релизе.

    Процессоры  под кодовым именем Knights Corner будут  созданы с использованием 22-нанометрового  техпроцесса. При этом они станут первыми решениями, основанными  на новой архитектуре Intel Many Integrated Core (MIC).

    MIC позволит создавать платформы  с производительностью в несколько  триллионов вычислительных операций  в секунду. Она будет ориентирована  на повышение производительности  приложений, использующих высокоскоростные  параллельные вычисления.

    Knights Corner уже поставляются ряду партнеров  Intel, а во второй половине 2010 года  корпорация планирует расширить  количество участников программы. Intel отмечает, что архитектура Many Integrated Core основана на ряде разработок  корпорации, в том числе на  проекте Larrabee, в рамках которого  планировался выход дискретной  компьютерной видеокарты.

    При этом архитектура MIC не станет конкурентом  процессоров Intel Xeon, которые в настоящий  момент активно используются для  создания суперкомпьютеров. Корпорация отметила, что 408 из 500 мощнейших суперкомпьютеров в мире работают на чипах Intel.

    4.5 Харддиски заменят нанопроволокой

    Надо  думать, лет через десять слово "харддиск" с его двумя дурацкими "д" станет исчезать из нашего лексикона  и превратится в такой же архаизм, как и слово "примус". Во всяком случае, реальные основания для этого  уже есть.

    Профессор Матиас Кляуи (Mathias Klaui) из Федерального политехнического института Лозанны (Швейцария) придумал харддискам замену, которая в сто тысяч раз  ускорит работу компьютеров, будет  потреблять намного меньше энергии  и вдобавок будет противоударной из-за отсутствия движущихся частей.

    Память, как и у харддиска, – магнитная. Этим система немного напоминает видеокассету, только у видеокассеты носитель пленка, а у новой системы  – проволока. Но на этом сходство заканчивается. Проволока в новой "трековой" памяти (racetrack memory) в миллион раз  уже видеопленки, так что это  уже нанопроволока. Способ записи и  считывания информации совершенно иной – он основан на принципах "спинтроники" (область квантовой электроники, которая, как утверждают, скоро потеснит обычную электронику). В этой нанопроволочке биты информации передаются при помощи спин-поляризованного тока со скоростью  несколько сот метров в секунду. Четырехчасовую видеокассету можно  было бы прочесть с такой скоростью  меньше чем за минуту.

    Устройство  нанопроволки "трековой" памяти:

    Особенные трудности у Кляуи и его  коллег вызвала необходимость надежно  разделять друг от друга информационные биты-домены, устроив на их "стенках" магнитные вихри.

    Обкатанная  идея тут же нашла своих воплотителей – ученых из Цюрихского исследовательского центра IBM, которые сейчас занимаются разработкой трековой памяти. Они  заявляют, что в один чип можно  впихнуть миллионы или даже миллиарды  таких проволочек, что обеспечит  запоминающей платформе огромную емкость. По их мнению, уже через 5-7 лет трековая память сможет появиться на рынке.

    Похоже, это будет настоящий прорыв. Компьютеры, оснащенные трековой памятью, будут  включаться мгновенно, доступ к информации ускорится в 

    100 000 раз. Существенно снизится и  энергопотребление. В сегодняшних  компьютерах оперативная память RAM должна обновляться каждую  микросекунду, а это 300 мВт, даже  если на компьютере не работают. У трековой памяти эти потери  можно довести до нескольких  мВт. Если же учесть, что компьютеры  и остальная электроника потребляют  сегодня 6% мировой лектроэнергии, а в 2025-м будут потреблять 15%, то получается немалая экономия.

    5. Список литературы

    Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайтов:

           1. http://www.nanonewsnet.ru

           2. http://olymp.ifmo.ru

           3. http://www.rwp.ru

           4. http://www.monitor-em.narod.ru