От момента своего появления в виде огромных машин, занимавших целую комнату и используемых только для науки и военного дела, компьютеры стали товаром массового потребления, без которых нельзя представить ни промышленность, ни торговлю, ни сферу развлечений.
Этот прогресс был обусловлен способностью отрасли постоянно развивать свои технологии, и «упаковывать» все более мощные вычислительные системы во все более мелкие микрочипы. Очевидный вопрос — а что дальше? Будут ли компьютеры постепенно становиться еще меньше по размерам и еще мощнее по объемам вычислений?
В последнем номере Nature Игорь Марков из Университета Мичигана (США) обозначил факторы, сдерживающие развитие вычислительных систем, и попробовал определить, где лежат границы, чем они определяются и как их преодолеть. Марков выделил пять подвидов ограничений для развития компьютерных технологий, которые также описаны на сайте агентства NationalScienceFoundation, спонсировавшего исследование.
Первый тип — это ограничение материалов в процессе производства. В материале слоем десять атомов потеря одного будет означать изменение электрических свойств компьютера на 10 и более процентов. А дальнейшее уменьшение этого слоя приведет нас к ситуации, где действуют законы квантовой физики со своими особенностями и ограничениями.
Второй тип связан с инженерией процесса, например, с возможностью проверки технической конструкции. Здесь понимание границ, возможно, позволит данную проблемы решить, например, путем создания соответствующего программного обеспечения, которое позволит отслеживать и исправлять ошибки в материальной составляющей компьютера.
Третий тип, на который необходимо обратить внимание, по мнению Маркова, это улучшение энергопотребления. Здесь нужны будут радикальные изменения, и атомная физика предлагает богатые возможности в этой сфере, к сожалению, пока недоступные для использования.
Четвертый и пятый типы ограничений — это ограничения пространства и времени и вычислительная сложность. В будущем необходимо будет разработать альтернативу обычным проводам, чтобы сигнал шел быстрее, чем сейчас, а для некоторых вычислительных задач еще нет соответствующих технологий, и даже квантовые компьютеры не приближают пока к решению.
Можно сделать вывод, что когда то или иное ограничение тормозит прогресс технологий, понимание его природы и будет являться ключом к его преодолению. Мир ждет еще большее уменьшение размеров компьютера, но каждый шаг на этом пути будет преодолеваться с огромными трудностями.
Фото: Sergei Frolov, Soviet Digital Electronics Museum, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons
