Революционная деградация

Что такое прогресс, наверное, никому объяснять не нужно. Это движение вперёд, к лучшему, более совершенному и передовому, это новые ступени развития в беспрерывном потоке времени. Но допустимо ли, что в каком-то одном, конкретно взятом звене, он просто остановится, зайдёт в тупик, само его понятие исчезнет, верх совершенства будет найден?

Ну что же, думаю, как всегда каждый остался при своём мнении, что неудивительно. Но всё-таки, я заставил вас задуматься над этим вопросом. А к чему же всё это, к чему я веду - спросите вы, а вот к чему:


Первый транзистор

Последнее время на рынке производителей различных микропроцессоров наблюдается интересная ситуация, которая заставляет задуматься над будущей судьбой их продукции. Судите сами. Всё началось, когда мир узнал, что такое транзистор, правда, на тот момент к практическому применению он был не пригоден. Но, благодаря всё тому же прогрессу, он начал эволюционировать.



Уже в 1948 году Уильям Шокли - сотрудник компании Bell Labs - запатентовал первый в мире транзистор с точечными контактами. Но, к сожалению, использовать его было нельзя из-за сильных внутренних шумов. И как это часто бывает, специалисты того времени не смогли по достоинству оценить весь потенциал и революционность представленного изобретения и лишь выставили Шокли и его коллег на смех. Но тот не стал отчаиваться и продолжил дальнейшие разработки. Отсюда и начинается точка отсчёта новой главы в истории полупроводников, благодаря которым мы и вступили в компьютерную эру.



Между тем время шло, но Шокли не сидел, сложа руки, а организовал в 1955 году компанию Shockley Semiconductor Laboratories, которой и предстояло заняться дальнейшим развитием кремниевых и германиевых транзисторов. И результаты не заставили себя долго ждать: уже в 1956 году Уильям стал лауреатом Нобелевской премии по физике за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта.

К сожалению, всего через год, ввиду возникших разногласий его команду решают покинуть несколько ведущих инженеров, в числе которых были Гордон Мур, Шелдон Робертс, Юджин Кляйнер, Роберт Нойс, Виктор Гринич, Джулиус Бланк, Джин Хойни и Джэй Ласт, намереваясь открыть свою собственную компанию. Что, собственно, и было ими сделано, правда, своего капитала им хватило бы разве что на открытие мясной лавки, но, к счастью для них, появился спаситель (а точнее инвестор) в лице Fairchild Camera and Instrument Company, который и протянул руку помощи. Каждая сторона осталась довольна совершённой сделкой - инженеры получили деньги для организации своего дела и продолжения работ, а Fairchild, в свою очередь, получила право на полный выкуп новоиспечённой фирмы в случае, если её дела пойдут в гору.

Первый свой заказ Fairchild Semiconductor - а именно так инженеры окрестили свою компанию (сказывается название спонсора) - получила только через полгода после своего основания. Зато не от кого-нибудь, а от самой IBM - сто транзисторов по цене 150$ за штуку. Небольшая, но любопытная подробность - в день отправки возникли неожиданные проблемы с тарой, и транзисторы пришлось отправлять в упаковках от стирального порошка, что, конечно, никак не повлияло на дальнейшее сотрудничество двух компаний.

Дела компании шли на лад, и в 1958 году Роберт Нойс объявил о создании независимой интегральной схемы впоследствии улучшенной и доработанной Джимом Хойни - так на свет появился первый плоский биполярный транзистор. Между прочим, в таком виде транзистор дожил и до наших дней, основные принципы производства, разработанные ещё Fairchild Semiconductor, применяются до сих пор.

В 1965 году произошло ещё одно значимое событие. Гордон Мур, открыл закон... имени самого себя. Смысл этого закона в следующем: каждые два года будут разрабатываться схемы с вдвое большим числом транзисторов, чем это было у предыдущего поколения. Прогноз оказался настолько точен, что его негласно нарекли Законом Мура. Много лет спустя Intel выкупила сохранившийся до наших дней экземпляр журнала Electronics, в котором впервые был опубликован этот прогноз за 10000$. Конечно, сейчас уже невозможно развивать схемы столь быстрыми темпами, но всё же периодичность существует и по сей день.

В дальнейшем у компании были как взлёты, так и падения. Стоит отметить лишь одно - в 1968 году несколько инженеров, в числе которых был и сам Гордон Мур, покинув Fairchild Semiconductor, организуют собственное предприятие, которое получило название Intel, являющееся на сегодняшний день одним из лидеров рынка микропроцессоров.

От себя хочу добавить интересный факт. На момент образования компании, когда встала необходимость в выборе имени для неё, название Intel уже принадлежало сети американских отелей, поэтому не оставалось ничего другого, кроме как выкупить его.

Годом позже Fairchild покидают ещё несколько сотрудников с намерением так же открыть собственное дело, образованная ими компания впоследствии была названа Advanced Micro Devices (AMD), разделяющая сегодня пьедестал лидерства на рынке микропроцессоров с Intel. А родоначальница современных гигантов, компания Fairchild Semiconductor, жива и по сей день, правда, уже давно не принадлежит сама себе и множество раз успела сменить хозяина, но это не мешает ей занимать лидирующие позиции в производстве полупроводников на мировом рынке.


Будущее

В столь глубоком погружении в историю можно видеть рождение и становление одного из звеньев прогресса. Но, к сожалению, сегодня оно заходит в тупик, и сейчас мы наблюдаем закат века транзисторов. Самое печальное в этой ситуации то, что достойной замены им пока нет. До недавнего времени все мы могли наблюдать гонку частот, которую устроили лидеры по производству микропроцессоров (упомянутые выше Intel и AMD). Сейчас мы видим совершенно другую попытку - попытку выжать из умирающей технологии последние капли. Но тупик уже маячит на горизонте. Разумеется, ещё достаточное количество лет можно заниматься тем, что увеличивать количество ядер, уменьшать тех. процесс и совершать иные попытки продлить жизнь транзисторной технологии, чем, собственно, сейчас и занимаются производители, но это не выход из ситуации. Хотя сейчас просто невозможно себе представить любую современную электронную технику без транзисторов. Они - и только они - являются основой целой индустрии. Поэтому их использование продлится ещё достаточно много лет.

Хотя почему же "к сожалению?", ведь тупик не означает конец пути - мировой прогресс устроен так, что хода дальше не может не быть. Это лишь очередной этап прогресса, который ознаменуют новую эру в производстве "электронных мозгов", как это в своё время сделал транзистор, заменив собой катодные лампы. На подходе уже кремний-германивые микросхемы, способные увеличить быстродействие электронных схем в десятки раз, и множество других потенциально-гениальных разработок, таких как постройка транзисторов из молекулярных структур. Самая перспективная и осуществимая на сегодняшний день - это замена внутренних металлических трассировок на световые, то есть вместо привычных для нас "проводов" будут использоваться пучки света, что позволит увеличить поток информации, передаваемой за секунду в миллионы и даже миллиарды раз. Скорость тока в проводнике куда меньше скорости света, преимущества "световой" технологии очевидны.

Всё это конечно революционно, но лишь косвенно относится к основной теме нашего разговора - транзистору и его судьбе. Существует множество идей реинкарнации и самого транзистора, например, создание его оптического аналога и упомянутое чуть выше, построение полупроводников из молекулярных структур. Но, к сожалению, пока слишком много препятствий на пути к следующей революции. И одно из них - это сама индустрия электронных чипов с мощнейшей инфраструктурой и многомиллиардным оборотом. Что победит - деньги или инновации - решать не нам, поживём - увидим.

Технология, которая придёт на смену транзистору, должна намного превосходить его и при этом оставаться дешёвой. Для примера: транзистор, заменив собой вакуумные лампы, был при этом дешевле, намного компактней, и имел огромный потенциал для дальнейшего развития. Сейчас производство одного транзистора обходится не дороже, чем печать одной буквы в полиграфии.



Как сказал один из руководителей исследовательской группы, которая сегодня занимается "проблемой" транзисторов, Стивен Хилениус: "Похоже, мы сделали первый, из последнего поколения транзисторов". Если верить учёным, уже к 2020 году, индустрия производства микрочипов столкнётся с потолком.

Ну что ж, всё-таки пора признать: транзисторы доживают свой век, об этом заявляют и инженеры производственных гигантов, и научных лабораторий, и просто знающие люди.

С одной стороны, транзистор - это вершина эволюции полупроводников, с другой - на смену ему придёт совершенно новая и доселе неизвестная технология, которая ознаменует начало нового поколения (звена) в цепи прогресса. Может ли произойти такое, что транзистор станет венцом технического прогресса, в данном направлении?...


Альтернатива

Квантовый компьютер, недавно казавшийся фантастическим изобретением, стал реальностью. Многие эксперты в один голос твердят: "Будущее наступило на 30 лет раньше, чем ожидалось". Канадская компания D-Wave продемонстрировала первый в мире процессор, использующий принцип квантовых вычислений. Теперь мы можем создавать компьютеры, способные за считанные часы выполнять такие вычисления, на которые у современных машин ушли бы столетия.



Давайте рассмотрим принцип работы квантового процессора. В начале 80-х годов ХХ века, нобелевский лауреат Ричард П. Фейнман из Калифорнийского технологического института, известный в России как автор "Фейнмановских лекций по физике", выдвинул идею точного моделирования явлений квантовой физики на компьютере принципиально нового типа - квантовом. Фейман считал, что моделировать физическую реальность, которая подчиняется квантовым законам, естественней и проще было бы с помощью "компьютера, построенного из квантомеханических элементов, подчиняющихся квантомеханическим законам".

Основа подхода квантовых вычислений лежит в использование для хранения данных ядра атомов, изменяя их ориентацию в пространстве. Элементарная единица такого подхода получила название "квантовый бит" (quantum bit - кубит). В отличие от применяемой сегодня единицы информации - бита (binary digits - bits), единовременно принимающим только одно значение - "0" или "1", квантовый бит, в соответствии с постулатами квантовой механики, может находиться одновременно и в значении "0" и в значении "1".

Таким образом, если классическое вычислительное устройство, состоящее из Х ячеек, способно выполнять одновременно Х операций, то квантовое размером Х кубит будет выполнять количество параллельных операций равное двум в Х степени. Конечно, на первый взгляд кажется, что квантовый процессор - это разновидность аналоговой вычислительной машины, но это совсем не так. По своей сути, это цифровое устройство с аналоговой природой.

В полной мере квантовые компьютеры проявляют себя в факторизации чисел - задачи, лежащей в современной криптографии. Чем больше факторизуемое число, тем дольше современный компьютер будет искать его делители. Каждый следующий разряд удваивает время вычислений. Для квантового же компьютера увеличение числа не создаёт таких проблем, поскольку дополнительные разряды замедляют его работу на фиксированное время.

Применение идей квантовой механики уже открыло новую эпоху в области криптографии, так как методы квантовой криптографии открывают новые возможности в области передачи сообщений, которые даже теоретически нельзя "расшифровать". Например, расчёты показывают, что даже при использовании 1000 современных рабочих станций и лучшего из известных на сегодня вычислительных алгоритмов одно 250-значное число может быть разложено на множители примерно за 800 тысяч лет, а 1000-значное, за 10 в 25 степени (!) лет (для сравнения: возраст вселенной насчитывает примерно 10 в 10-ой степени лет). Между тем квантовый компьютер, по предварительным расчётам, с памятью всего лишь 10 тысяч квантовых битов, способен разложить 1000-значное число всего за несколько часов (!!!). Работы над коммерческими системами такого рода уже идут полным ходом.

Возможности квантового 16-кубитового процессора, созданного D-Wave, просто поражают. Он позволяет выйти на новые грани информационных технологий в сравнении с которыми создание интегральной микросхемы и Интернета покажутся лишь небольшими эпизодами технического прогресса.

Правда, пока о новом процессоре известно немного. По заявлениям самих создателей, это новый тип аналогового процессора с масштабируемой архитектурой, основанный на квантомеханичиских принципах. Но меж тем, D-Wave System заявила, что квантовый компьютер не будет конкурентом нынешним, скорее, он предназначен для решения задач с огромным количеством исходной информации и большим числом переменных. Такие задачи характерны для систем криптографии и безопасной передачи данных, биологии и медицины, моделирования квантовых систем, оптимизации различных процессов. Так что лиха беда начало!

Ну что же, с надеждой глядим в будущее и ждём, ждём прихода нового, совершенно иного звена прогресса.

Я не пытался написать погребальную песню в честь уходящей технологии, так же как не пытался вознести ей хвалы, хотя она вполне этого заслуживает. Оглянувшись назад, мы вспоминаем, что некогда транзисторы совершили свою революцию, плодами которой мы сейчас пользуемся. Прогресс неумолим, он лишь разделён на звенья-поколения: когда одно изживает себя, на смену приходит другое. Интересно одно: насколько длинна цепь прогресса в данном направлении, как долго мы будем ей довольствоваться, существует ли последнее звено?

И сейчас за мнимыми революциями можно увидеть пугающую реальность... Но это, как писали братья Стругацкие, уже совершенно другая история.


Материал подготовлен в рамках сотрудничества с DigX.ru
Оверклокинг. Только слепой не увидит различий!