литография, ионная имплантация, диффузия и окисление, осаждение,
травление, очистка, планаризация и измерения.
Литография играет здесь ведущую роль. Это метод воспроизведения
изображений, при котором точно копируется каждый схемный элемент, причем
требуемый инструментарий также относится к числу наиболее дорогостоящих
видов технологического оборудования. В ходе этого процесса установки
фотолитографии с последовательным шаговым экспонированием, оснащенные
прецизионной оптикой, фокусируют луч с длиной волны 365 нм (в скором
времени это будет 248 нм, а затем и 193 нм) на пластину, покрытую
светочувствительной пленкой фоторезиста.54 (К изготовителям установок с
последовательным шаговым экспонированием, кварца и других материалов
предъявляются все более жесткие требования, обусловленные переходом на
более короткие длины волн). Далее следует травление или ионная имплантация.
В результате селективного травления экспонированных пленок образуются
канавки, заполняемые в дальнейшем металлом. Совершенно другой процесс
представляет собой ионная имплантация, которая дает инженерам возможность
с высокой точностью изменять электрические свойства кристалла путем
внедрения в поверхность кремния заряженных атомов (ионов), ускоренных
электрическим полем.
В продолжение темы микропроцессоров следует отметить те разработки,
которые мы можем ожидать уже совсем скоро - в 2017 году. Так, компания
AMD планирует выпустить новую линейку процессоров, которая будет
выполнена по технологии 32 нм (новейшие процессоры Intel сделаны сейчас по
технологии 45 нм). В каждой из процессоров данной линейки будет входить 4
вычислительных ядра (CPU) и одно встроенное графическое ядро (GPU). То
есть это будут уже процессоры, основанные на новой технологии изготовления,
еще более совершенной, кроме того, имеющие встроенное графическое ядро.
Уже в следующем году AMD выпустит линейку процессоров под кодовым
54Столлингс, В.А. Структурная организация и архитектура компьютерных систем [Текст] / В.А. Столлингс. -
М.: Вильямс, 2011. - С. 543.
55
названием Bulldozer с микроархитектурой нового поколения (32 нм). Пока обо
всех особенностях данных «камней» известно мало, но уже совсем скоро AMD
будет готова предоставить полный ее анонс.
2.4. Оптические и квантовые компьютеры, нейрокомпьютинг
Рассматривая тему перспектив развития ПК нельзя не затронуть так
называемые оптически и квантовые компьютеры. Рассмотрим кратко их
понятие.
В основе оптических компьютеров положен оптический процессор.
Который, образно выражаясь, представляет собой устройство, где свет
способен управлять светом. В таком процессоре операции выполняются за счет
манипуляций с потоками света, а не с электронами. Это дает существенный
прирост производительности.
Основным предназначением оптических компьютеров является сравнение
с определенным образцом большого количества графических изображений.
Лаборатории «Bell» удалось разработать оптический компьютер «DOC-
II» (digitalopticalcomputer - 2). Такая машина может выполнять проверку до 80
тысяч страниц текста в одну секунду.55 Сейчас уже существуют оптические
компьютеры пятого поколения.
Компания Lenslet создала оптический процессор «EnLight256», которые
способен выполнять 8-10л12 операций в секунду. Таким образом за один такт (8
нс) процессор умножает 256-байтный вектор на 256х256. Компьютер на базе
EnLight256 способен обрабатывать 15 видеоканалов формата высокой четкости
в режиме реального времени.
Интересна история и так называемого квантового компьютера. Компания
D-Wave (Канада) провела в Калифорнии презентацию первого в мире
квантового компьютера «Орион» на совершенно ином принципе, чем вся
существующая современная техника.
55Шипунова, А.А. Информатика [Текст] / А.А. Шипунова. - СПб.: Астрель, 2012. - С. 68.
56
Следует заметить, что разница в работе между новым квантовым и
привычным нам кремниевым компьютером настолько велика, что обычный
современный ПК можно сравнить теперь с древними счетами из костяшек. Как
прогнозируют специалисты, новейший квантовый компьютер уже в самом
близком будущем сможет обрабатывать больше потоков данных, чем
существует частиц во всей Вселенной.
Разница между квантовыми компьютерами и кремниевыми, как между
кремниевыми и деревянными счетами. По прогнозам, уже в ближайшее время
квантовый компьютер сможет обрабатывать больше потоков данных, чем
существует частиц во Вселенной.
Однако, не всё так гладко. Ведь если кремниевые компьютеры построены
на принципе «ноль-один», то квантовый компьютер - это не «или - или», а в
один и тот же момент оба состояния - «и-и». Это связано с корпускулярно
волновым дуализмом фотона, носителя информации в квантовом компьютере,
который оперирует квантовыми битами, или кубитами, которые могут
принимать одновременно два значения.
Компьютер «Орион» D-Wave обладает 16-кубитным процессором,
способным непосредственно обслуживать 65 536 вычислительных потоков в
своих квантовых пространствах.
Отметим, что квантовый компьютер пытались построить многие
компании, которые возглавляло IBM. По некоторым прогнозам специалистов,
квантовый компьютер должен был родиться только к 2030 году.
Профессор Центра квантовых вычислений Оксфордского университета
Эндрю Штайн не раз высказывал свое мнение, что построить работающий
квантовый компьютер все равно, что овладеть холодным термоядерным
синтезом. Однако, уже в новом году D-Wave собирается создать систему в 1
тысячу кубит, что позволит обрабатывать больше потоков данных, чем
существует частиц во Вселенной.
Использование квантовых компьютеров может иметь воистину
широчайшую сферу их применения. Сейчас же среди первых задач квантовых
57
компьютеров - предсказание погоды и расчет климатических изменений,
создание онкологических препаратов, обработка сигналов из Вселенной для
поиска внеземных цивилизаций. Очень важно то, что квантовый компьютер
никто не собирается засекретить. Таким образом, массовое использование
квантовых компьютеров может произвести настоящую революцию во многих
областях исследований, переведет развитие всей науки и техники на новые
рельсы.
Одним из самых инновационных технологий в области компьютерной
техники является нейрокомпьютинг.
Нейрокомпьютинг - это научное направление, которое занимается
разработкой нейрокомпьютеров - именно они будут системами шестого
поколения состоящих из большого числа параллельно работающих простых
вычислительных элементов (нейронов).56
Такие элементы связаны между собой и образуют нейронную сеть.
Каждый их таких элементов может выполнять определенные однообразные
вычисления. Если же соединить данные элементы в нейронную сеть
(соединенных параллельно), то это может обеспечивать очень высокое
быстродействие. Внешнее управление для нейрокомпьютера не требуется.
Именно поэтому в большинстве развитых стран постоянно ведутся разработки
в области нейрокомпьютинга.
Г оворя о возможностях нейрокомпьютеров, следует сказать, что
отличаются от всех прошлых поколений ЭВМ, ПК. В нейрокомпьютере
изменился сам способ использования - программирования больше нет как
такового. Машина, основанная на нейронах, подобно живой обладает
способностью к обучению. Таким образом, машины такого типа могут учиться
решению различных задач. Нейрокомпьютер способен выполнять задачи
диагностики, прогнозирования, распознавать образы и производить так
называемое адаптивное управление.
56Рудометов, В.В. Материнские платы и чипсеты [Текст] / В.В. Рудометов, Е.В. Рудометов. - СПб.: Питер, 2013.
- С. 233.
58
Насколько нам известно, обучение - это корректировка весов связей, в
результате которой каждое входное воздействие приводит к формированию
определенного выходного сигнала.
После окончания процесса обучения нейронная сеть может применять
полученные навыки к новым входным сигналам.57 Таким образом, при
использовании обучения существенно повышается эффективность выполнения
многих задач компьютером.
Вполне очевидным является и то, что основой создания
нейрокомпьютеров послужили биологические исследования и опыты. Этим
занимается специальная наука - нейробиология. Ведь нервная система, как
человека, так и животных состоит из специальных клеток - нейронов. В
организме человека множество миллионов таких клеток и каждая из них
способная выполнять сравнительно простые действия. Среднее время
срабатывания нейрона составляет всего от 2х до 5 миллисекунд. Однако в
совокупности все нейроны, составляющие нейронную сеть способны
выполнять сложнейшую мозговую и нервную деятельность человека. Далее
рассмотрим, какие отличия существуют нейрокомпьютеров прошлых
поколений.
Итак, параллельная работа огромного числа простых вычислительных
устройств (нейронов) дает очень высокое быстродействие. Нейросеть обладает
простой структурой отдельных элементов и позволяет использовать новейшие
физические принципы обработки информации. Как уже упоминалось,
нейронная сеть имеет способность к самообучению. Очень примечательно то,
что нейросеть устойчива к различным помехами и достаточно надежна.
Следовательно, нейронные сети способны решать сложнейшие
комплексы задач. Решение каждой из которых в меньшей степени зависит от
неисправности отдельного нейрона. Такая надежность и гибкость делает их
привлекательными для использования в бортовых интеллектуальных системах.
57Линев, А.А. Технологии параллельного программирования для процессоров новых архитектур [Текст] / А.А.
Линев, Д.В. Боголепов, С.С. Бастраков. - М.: МГУ. 2010. - С. 145.
59
Уже сейчас организованы и работают национальные и международные
программы разработки нейрокомпьютеров. Интерес к ним постоянно растет.
Кроме того, уже введены в эксплуатацию около 60ти нейронных систем в
различных сферах деятельности человека - научной, экспертной, финансовой и
некоторых других.
В связи с этим определяется направления развития в сфере
нейрокомпьютинга:
• разработка нейроалгоритмов;
• разработка специализированных процессорных плат для имитации
нейросетей;
• создание специального программного обеспечения для
моделирования нейронных сетей;
• электронные реализации нейронных сетей;
• оптоэлектронные реализации нейронных сетей.
Важнейшим направлением развития нейрокомпьютинга является
непосредственно разработка моделирования нейронных сетей на обычных ПК.58
Подобное моделирование необходимо, прежде всего, для определения
значений параметров электронных и оптоэлектронных нейрокомпьютеров и
решения других важных практических задач.
Таким образом, подводя итог данному исследованию, можно сказать, что
перспективы развития персональных компьютеров действительно огромны и
порой непредсказуемы. Уже сейчас компьютерная техника развивается в самых
различных направлениях от квантовых компьютеров и нейросетей до
стремительного развития уже привычных нам технологий проектирования
персональных компьютеров.
Пока сложно сказать в каком именно направлении будет развиваться вся
индустрия вычислительной техники, но одно уже очевидно - будущее у нее
58Мураховский, В.И. Компьютер своими руками. Полное руководство начинающего мастера [Текст] / В.И.
Мураховский. - М.: АСТ-ПРЕСС КНИГП, Изд.: «Развитие», 2011. - С. 451.
60
есть, и оно способно сделать настоящий качественный переворот в жизни всего
человечества.
61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Пришло время подвести итога настоящей выпускной квалификационной
работы, сделать обобщающие выводы по ходу исследования, в ходе которого
все поставленные задачи были выполнены, а поставленная цель достигнута.
Итак, в ходе настоящей работы было установлено, что современный
компьютер представляет собой универсальное, многофункциональное,
электронное автоматическое устройство для работы с информацией.
Компьютеры в современном обществе взяли на себя значительную часть работ,
связанных с информацией.
При изучении истории развития ЭВМ стало очевидным, что по
историческим меркам компьютерные технологии обработки информации ещё
очень молоды и находятся только в самом начале своего развития. Перед
человечеством открыты еще великое множество ресурсов, которое можно
привлечь для разработки почти совершенных машин для обработки
информации.
Текущий этап развития компьютерной техники, скорее всего, завершится
построением в развитых странах глобальных всемирных сетей для хранения и
обмена информацией, доступных каждой организации и каждому члену
общества.
В результате проведенного исследования можно сформулировать также
выводы о том, что будущее в развитии ПК пока состоит в развитии сетевых
технологий, так как очень важной задачей и сейчас остается быстрая и
эффективная система глобального обмена информацией.
Создание вычислительной такой сети или совершенствование уже
существующей сети Интернет может открыть перед человеком очень широкие
возможности. Такие возможности могут быть использованы и при разработке
следующих поколений ПК.
Следует обязательно отметить, что абсолютную надёжность и
безопасность в компьютерных сетях не смогут гарантировать никакие
62
аппаратные, программные и любые другие решения. В то же время свести риск
потерь к минимуму возможно лишь при комплексном подходе к вопросам
безопасности. Разработка последующих поколений компьютеров производится
на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции,
использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
Развитие идет также по пути «интеллектуализации» компьютеров,
устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут
способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с
бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу,
осуществлять перевод с одного языка на другой.
В компьютерах пятого поколения происходит качественный переход от
обработки данных к обработке знаний.
В результате сделанных выводов по данной теме, хотелось бы внести
следующие предложения по развитию ПК, как в наше время, так и в будущем.
Автор данной работы считает, что основной проблемой до сих пор
остается безопасность, как для человека, так и для самих ПК.
За последние несколько лет компьютер становится всё в большей степени
неотъемлемой частью жизни каждого человека. Использование ПК не только
существенно облегчает интелектуальный труд и помогает решать сложнейшие
задачи всех уровней жизнедеятельности человека, но и способствует развитию
информационных технологий науки и техники, коренным образом изменяя
наше сознание.
Стремительное развитие компьютерных технологий значительно меняет
нашу жизнь. Главное, чтобы производители персональных компьютеров в
гонке за совершенствованием технической базы и увеличением объема продаж
не забывали о том, что персональный компьютер должен быть в первую
очередь полностью безопасным для человека. О безопасности ПК от внешних
факторов (примером являются вирусы для программных средств, так и
некоторые внешние факторы: пыль и т.д.) можно говорить долго, однако
хочется видеть персональный компьютер изначально защищенным. Насколько
63
бы мощны небыли новые поколения компьютеров, они не должны брать верх
над разумом человека. Компьютер созданный руками человека должен быть
ему подконтролен. Ведь в будущем может настать момент, когда
компьютерной технике будет передано очень много тех функций, которые
сейчас выполняются людьми, эти функции могут быть настолько важны, что
отдавать их под абсолютный контроль любой, даже самой совершенной
машине крайне опасно.
Несмотря на внушительные разработки ученых в области компьютерной
техники будущего (нейрокомпьютинг, квантовые компьютеры) ближайшие
перспективы развития ПК на 2-3 года очевидны. Они, на взгляд Автора будут
сосредоточены вокруг 64-битной вычислительной платформы, разработки
более естественных интерфейсов, унифицированных систем коммуникаций и
веб-сервисов. 64-битные платформы с многоядерными процессами обеспечат
быстроту не только за счёт более скоростных процессоров, но и за счёт
увеличения системной памяти. Эти технологии найдут своё применение и в
мобильных устройствах, включая смартфоны. Большая часть того, что
продаётся в серверном и даже в потребительском пространстве, будет обладать
64-битными возможностями.
Продолжится активное проникновение компьютерных технологий во
многие сферы деятельности человека. Будет продолжаться и тенденция
перехода многих функций ПК современным мобильным устройствам и
бытовой технике. Впрочем, уже сейчас современный мобильный телефон или
КПК способен выполнять множества функций современного ПК.
Совсем скоро компьютер может оказаться очень мобильным, даже
ноутбуки «легчают» год от года, становятся компактнее, но при этом их
возможности только растут. Кроме того, активно развивается и будет
развиваться рынок так называемых нетбуков и ультрабуков. Какие глобальные
изменения в мире ПК, описанные в работе, произойдут в будущем - покажет
время.
64