Мобильность сегодня и завтра

Новые типы устройств, производственные и сетевые технологии способны в ближайшие годы сделать мир сверхмобильным.

Как отмечают аналитики, в нынешнем году более 50% всех отгруженных в мире компьютеров составят мобильные ПК, а к 2009 г. их доля превысит половину. Впервые в истории в третьем квартале 2007 г. продажи мобильных ПК в регионе EMEA (страны Европы, Ближнего Востока и Африки) обогнали продажи настольных компьютеров. Производители мобильных ПК подпитывают спрос, выпуская специализированные модели, предназначенные для более широкой аудитории, включая любителей модных тенденций и студентов. В результате такой политики в 2008 г. мобильные ПК обретут множество технологических инноваций и средств точной настройки, что обеспечит более разносторонний опыт использования мультимедийных средств, а также расширенные возможности подключения и улучшенную энергоэффективность. С развитием инновационных технологий для мобильных ПК опыт работы с компьютером будет все больше определяться тем, что делают люди, а не тем, где они это делают. Растущая популярность мобильных ПК всех форматов будет по-прежнему сопровождаться постоянным развитием мобильных технологий.

В 2008 г. и в последующие годы бизнес-пользователи смогут в полной мере применять в мобильном режиме возможности беспроводного высокоскоростного доступа, получающие все большее распространение. В большинстве европейских городов уже доступен широкий спектр беспроводных подключений к Интернету посредством платных и бесплатных точек доступа к сетям стандарта Wi-Fi. Ожидается, что европейский рынок мобильных широкополосных подключений в течение следующих пяти лет будет продолжать расти и достигнет объема 4,1 млрд долл. при совокупных темпах роста 22,9%. Технология WiMAX — это следующий гигантский шаг в эволюции беспроводных сетей, способный сделать доступ в Интернет по-настоящему мобильным — на расстоянии нескольких километров от ближайшей точки доступа. Глобальные сети стандарта WiMAX покрывают обширные площади, будь то большой город, пригороды или сельская местность, обеспечивая мобильный широкополосный доступ в Интернет со скоростью в несколько мегабит в секунду. Поскольку в 2008 г. технологические инновации будут и дальше развиваться, а росту спроса на широкополосные подключения будет способствовать рост объемов загружаемого мультимедийного контента (видеоматериалы, аудиозаписи и фотографии высокого разрешения), то технология WiMAX будет развиваться еще более быстрыми темпами и распространяться еще шире.

Ноутбуки на базе процессорной технологии Intel Centrino, вышедшей на рынок еще в 2003 г., позволяют достичь нового уровня мобильности работы, демонстрируют высокую производительность, энергоэффективность и возможность беспроводного доступа к Интернету.

Корпорация Intel (www.intel.com) ведет активную деятельность по развертыванию в Европе сетей стандарта WiMAX, и в 2008 г. корпорация начнет выпуск первого в отрасли встраиваемого модуля с поддержкой стандартов Wi-Fi и WiMAX (кодовое наименование — Echo Peak), предлагаемого в качестве дополнительного оборудования для мобильных компьютеров на базе технологии Intel Centrino следующего поколения (кодовое наименование — Montevina). Эта процессорная технология будет демонстрировать значительно возросшую производительность при работе с мультимедийными данными. Многие европейские страны приняли решение о развертывании сетей «мобильного WiMAX» (стандарт 802.16е); одна из первых таких сетей к концу текущего года появится в Москве благодаря сотрудничеству Intel и телекоммуникационного оператора «Комстар-ОТС».

Для соответствия требованиям стандартов видеозаписей высокого разрешения будущие модели мобильных компьютеров на базе технологии Intel Centrino будут оснащаться встроенным модулем поддержки дисков форматов HD-DVD и Blu-Ray, а также интерфейсом HDMI (интерфейс передачи мультимедийных данных высокого разрешения) для подключения к HD-телевизорам.

В ответ на растущий спрос на контент высокого разрешения все более популярными и распространенными становятся мобильные компьютеры с широкоэкранными ЖК-дисплеями. Это создает определенные преимущества для пользователей приложений с интенсивной обработкой графики. Можно ожидать, что в стремлении соответствовать требованиям к повышенной портативности, продиктованным динамичным образом жизни, в 2008 г. конструкторы мобильных компьютеров будут по-прежнему следовать тенденции перехода на более тонкие и легкие форм-факторы. Для тех, кто нуждается в исключительной портативности, будет разработана линейка сверхкомпактных ПК (Ultra-Mobile PC, UMPC). Эти системы будут обладать полным набором функций ПК при сверхлегком и компактном форм-факторе, специально предназначенном для бизнес-пользователей, часто работающих вне офиса. В первой половине 2008 г. корпорация Intel представит новую платформу (кодовое наименование — Menlow) с энергопотреблением, в 10 раз меньшим по сравнению с нынешними сверхкомпактными ПК.

Число расположенных по всему миру беспроводных точек доступа, поддерживающих процессорную технологию Intel Centrino и сертифицированных корпорацией Intel, достигло 90 тыс. Технологические решения Intel поддерживают целый ряд стандартов беспроводной связи — в том числе Wi-Fi, 3G и WiMAX, обеспечивая людям доступ в Интернет в любое время в любом месте.

В 2008 г. завершится объединение систем фиксированной и мобильной связи (FMC), что позволит применять одно устройство, обеспечивающее высококачественную передачу голоса и данных, как в личных, так и в профессиональных целях. Расширяющаяся география внедрения объединенных систем фиксированной и мобильной связи приведет к повсеместному распространению мобильных устройств с доступом в Интернет, обеспечивающих полную функциональность пользования Всемирной паутиной и при этом свободно умещающихся в кармане. С помощью таких устройств пользователи могут общаться, развлекаться, получать доступ к информации и оставаться полностью работоспособными даже вне офиса. Предполагается, что объем мирового рынка объединенных систем фиксированной и мобильной связи к 2010 г. составит 46,3 млрд долл., а число подписчиков на эти услуги в мире вырастет со 188 тыс. человек в 2006 г. до 38,2 млн в 2010 г.

В этом году производители ПК смогут предложить широкий выбор мобильных компьютеров — на любой вкус по дизайну и удовлетворяющих любым личным предпочтениям. В настоящий момент в продаже есть мобильные компьютеры всех цветов радуги и самых разных размеров — однако возможности персонализации мобильного партнера на этом не заканчиваются.

Технологии Intel Centrino и поддержка vPro

Процессорные технологии Intel Centrino, в том числе с поддержкой технологии vPro, — это платформы Intel следующего поколения для мобильных ПК, которые обеспечивают создание широкого спектра инновационных мощных ноутбуков, отвечающих нуждам самых требовательных пользователей. Новейшие процессорные технологии Intel позволяют достичь самой высокой производительности и увеличить время автономной работы по сравнению с платформами Intel Centrino предыдущего поколения. Возможности мобильных ПК на базе технологий Intel Centrino и Intel Centrino с поддержкой vPro обеспечиваются следующими компонентами.

Процессор Intel Core 2 Duo на базе 45-нм производственной технологии. Использование 45-нм производственной технологии и усовершенствованной микроархитектуры Intel Core в энергосберегающем микропроцессоре Intel обеспечивает высокую производительность и быстроту отклика мобильных ПК, исполненных в тонком и легком корпусе и предназначенных как для взыскательных деловых, так и для домашних пользователей.

Семейство наборов микросхем Intel 965 Express для мобильных ПК. Новые графические драйверы наборов микросхем Intel и функции для мобильных ПК с процессорной технологией Intel Centrino основаны на интегрированном графическом адаптере Intel четвертого поколения — Graphics Media Accelerator X3100, обеспечивающем чистое и яркое воспроизведение видео, а также большую реалистичность и качество изображения в играх.

Беспроводной сетевой адаптер Intel Next-Gen Wireless-N. Опциональный сетевой адаптер Intel обеспечивает высокую пропускную способность беспроводной связи в режиме draft 802.11n, поэтому область покрытия локальных домашних сетей Wireless N увеличивается до двух раз, а пропускная способность — до пятикратной.

Процессор Intel Core 2 Duo

Intel Core 2 Duo — это энергосберегающий процессор, способный удовлетворить все потребности деловых пользователей в вычислительной мощности. Увеличение производительности особенно заметно при одновременной работе нескольких ресурсоемких приложений или при выполнении задач, оптимизированных для многопоточного исполнения. Среди важнейших функциональных возможностей этого процессора можно отметить следующие. Полупроводниковая 45-нм технология Intel с использованием диэлектрика high-k и металлического затвора обеспечивает размещение на кристалле процессора почти в два раза большего числа транзисторов с более низким током утечки и более высокой скоростью переключения по сравнению с 65-нм производственными технологиями, что позволяет достичь новых уровней производительности и энергосбережения. В свою очередь, технология Intel HD Boost (SSE4) ускоряет работу приложений с интенсивным использованием функций мультимедиа — например, кодирование видео высокой четкости. Кэш-память второго уровня объемом 6 Мбайт повышает производительность, а технология Deep Power Down обеспечивает более эффективное расходование энергии за счет отключения ядер процессора и кэш-памяти второго уровня в то время, когда они не используются.

Говоря об основных особенностях улучшенной микроархитектуры Intel Core, в первую очередь следует упомянуть о технологии Intel Wide Dynamic Execution, повышающей уровень суперскалярности. Конвейер с четырьмя параллельными исполнительными устройствами в установившемся режиме обеспечивает загрузку, декодирование, выполнение и сброс четырех инструкций за один такт (процессор Intel Core Duo обрабатывает только три инструкции за такт). Кроме того, увеличение размера буфера инструкций оптимизирует количество инструкций в очереди для загрузки в конвейер. В результате процессор более эффективно анализирует поток программы и находит инструкции, которые можно выполнять параллельно. Ускорение обработки инструкций достигается благодаря очень короткому и оптимизированному по производительности конвейеру, включающему 14 стадий. Теперь без увеличения тактовой частоты можно обрабатывать больше инструкций за такт, и таким образом ликвидируется одно из самых «узких мест» архитектуры. Интеллектуальная функция слияния объединяет часто используемые последовательности инструкций в одну макроинструкцию. В результате используется меньше внутренних ресурсов процессора и увеличивается число инструкций, обрабатываемых за один такт. Эта функция позволяет одновременно завершать выполнение пяти инструкций, тогда как без нее при таком же объеме обработки можно завершить только четыре инструкции.

Технология Intel Intelligent Power Capability включает ряд функций для экономии электроэнергии с помощью динамического управления энергопотреблением вычислительных ядер процессора. В результате существенно повышается эффективность использования электроэнергии. Микроархитектура Intel Core позволяет создавать ноутбуки, обладающие энергосберегающей производительностью. Кэш-память, оптимизированная для многоядерных вычислений (технология Intel Advanced Smart Cache), значительно повышает скорость доступа к часто используемым данным. При этом увеличивается производительность системы и продуктивность ее работы, поскольку повышается вероятность того, что каждое вычислительное ядро многоядерного процессора сможет найти необходимые данные в быстродействующей и более эффективной подсистеме кэш-памяти.

Технология Intel Smart Memory Access в свою очередь повышает производительность системы за счет оптимизации использования пропускной способности при передаче данных между процессором и подсистемой памяти и сокращения времени ожидания при обращении к памяти. Эта инновационная технология также включает функцию «устранения противоречий в памяти» (memory disambiguation). Новая функция делает более эффективным исполнение кода с изменением последовательности инструкций. В вычислительных ядрах появились интеллектуальные средства для опережающего чтения инструкций, которые предположительно должны будут выполняться еще до завершения исполнения предыдущих загруженных инструкций.

Еще одна технология, Intel HD Boost, значительно повышает производительность исполнения инструкций, входящих в состав расширения SIMD (SSE/ SSE2/SSE3/SSE4). В результате возрастает производительность работы многих мультимедийных приложений, включая воспроизведение видео, речи и изображений. Кроме того, значительно ускоряется обработка фотографий, а также выполнение криптографических, финансовых, инженерных и научных задач. А аппаратная поддержка 64-разрядных вычислений (технология Intel 64 Technology) позволит реализовать все преимущества 64-разрядных ОС, таких, как Microsoft Vista, а также 64-разрядных приложений по мере появления их версий для мобильных ПК.

Семейство НМС Intel 965 Express

Наборы микросхем Intel 965 Express для мобильных ПК — это воплощение новейшей архитектуры микросхем ноутбуков, поддерживающих процессорные технологии Intel Centrino и Intel Centrino с vPro. По сравнению с НМС Intel предыдущего поколения для мобильных ПК семейство Intel 965 Express обладает новыми возможностями и обеспечивает повышенную производительность мобильных вычислений. В НМС имеется как интегрированное графическое решение (GM965/GL960), так и возможность установки отдельного графического адаптера (PM965). К важнейшим улучшениям в них следует в первую очередь отнести:

• HD-DVD и Blu-Ray — воспроизведение видео высокой четкости, поддерживаемое опциональными декодерами других производителей;
• аппаратные преобразования — более высокая производительность благодаря аппаратному ускорению и расширенным возможностям воспроизведения графического контента;
• Vertex Shader версии 3.0 — расширение возможностей трехмерной графики и улучшение общего восприятия игр благодаря аппаратной поддержке затенения пикселов;
• аппаратное ускорение воспроизведения VC-1 — повышение качества демонстрации видео высокой четкости в форматах VC-1 и WMV9 (уменьшение артефактов на движущихся объектах и более плавное воспроизведение видео).

Сетевой адаптер Intel Next-Gen Wireless-N

Опциональный беспроводной сетевой адаптер Intel Next-Gen Wireless-N был впервые представлен в 2007 г. Это компонент процессорной технологии Intel Centrino, поддерживающий стандарты беспроводных локальных сетей draft 802.11n и IEEE 802.11a/b/g. Решение Intel Wireless Wi-Fi Link 4965AGN обеспечивает гибкие и удобные подключения благодаря поддержке четырех режимов беспроводной связи (802.11a/b/g/draft n) и двух частотных диапазонов (2,4 и 5 ГГц). Пропускная способность передачи данных достигла 300 Мбит/с — почти в пять раз выше по сравнению со стандартами 802.11a/g, которые обеспечивали пропускную способность на уровне 54 Мбит/с. В результате разрешаются многие проблемы емкости беспроводных сетей: можно одновременно передавать несколько больших файлов, организовывать резервное копирование, передавать потоковое видео высокой четкости в пределах всего дома, играть в коллективные сетевые игры, пользоваться системами IP-телефонии, реализовывать многие другие модели использования. Режим MIMO и поддержка трех пространственно разнесенных антенн расширяют частотный диапазон и на величину до двух раз улучшают качество приема сигнала. Повышается пропускная способность и увеличивается зона охвата, а сокращение числа «мертвых зон», повторных передач пакетов и восстановлений сетевых соединений позволяет организовать устойчивую беспроводную связь во всем доме или на предприятии. Благодаря технологии Friendly Neighbor поддерживаются указания текущего стандарта 802.11n по выделению каналов шириной 40 МГц в диапазоне 5 ГГц, что позволяет минимизировать уровень помех, влияющих на работу традиционных устройств и соседних сетей.

Многофункциональное приложение с простым пользовательским интерфейсом Intel PROSet v11.1 WLAN обеспечивает поддержку традиционных беспроводных сетей и сетей Draft-N следующего поколения для ОС Microsoft Windows 2000/XP и Vista.

Опциональный набор инструментальных средств Intel PROSet/Wireless v11 для ИТ-администраторов позволяет последним создавать и распространять профили для подключения к беспроводным сетям, централизованно устанавливать драйверы и приложения, а также объединять все обновления ПО и пользовательские настройки в один самоустанавливающийся исполнимый файл. Эти инструменты упрощают удаленное развертывание беспроводных сетей или обновление сетевых настроек и профилей для клиентских ноутбуков.

Усовершенствованная система защиты на базе стандарта 802.11i основана на алгоритме WPA2 AES. Это самый строгий алгоритм шифрования, доступный сегодня для мобильных клиентов, поэтому корпоративная беспроводная сеть будет надежно защищена. Технология Intel Active Management Technology для беспроводных сетей позволяет ИТ-администраторам выполнять через беспроводные сети удаленное определение неисправностей, ремонт и защиту ноутбуков. Имеются средства для всестороннего управления вычислительными ресурсами, удаленной диагностики, защиты сетей и выполнения настроек безопасности клиентских систем независимо от состояния их ОС. Это сокращает количество дорогостоящих посещений рабочих мест пользователей.

В соответствии с программой Connect with Centrino Intel проводит сертификацию точек доступа ведущих производителей на предмет полной совместимости с технологией Intel Centrino для мобильных ПК, чтобы обеспечить пользователям удобную и надежную беспроводную связь. Соответствующая наклейка на точке доступа Draft-N гарантирует, что она совместима с ноутбуками на базе процессорной технологии Intel Centrino Duo.

Комплекс решений бизнес-класса для беспроводных сетей (сети с высокой плотностью) создан в результате сотрудничества Intel и Cisco в области разработки интегрированных решений для беспроводных локальных сетей. Версия 1 включает усовершенствованную технологию для повышения качества IP-телефонии и технологию выбора оптимальной точки доступа. В версии 2 реализована технология поддержки сетей с высокой плотностью, уменьшающая взаимные помехи при работе различных беспроводных устройств с помощью динамического изменения настроек точек доступа Cisco и клиентских систем Intel. В результате значительно увеличиваются емкость сети и пропускная способность в расчете на одного клиента. Кроме того, появляется возможность увеличить плотность размещения точек доступа. Стоит отметить, что Intel — главный партнер Cisco по разработке совместимых расширений Compatible Extensions. В числе основных функций, реализованных в версии 4, — Cisco Centralized Key Management, система управления подключениями, средства энергосбережения Unscheduled Automatic Power Save Delivery (U-APSD), а также инструменты для измерения параметров голосовой связи. В результате практически ликвидируются задержки при голосовой связи, связанные с переключением между точками доступа, улучшается диагностика беспроводных сетей.

Функция Intel Turbo Memory опциональна и доступна для многих моделей ноутбуков на базе процессорных технологий Intel Centrino Duo и Intel vPro. Она повышает производительность, сокращает время загрузки системы и увеличивает ресурс батарей. Модуль энергонезависимой памяти способствует повышению быстродействия системы и снижению потребляемой мощности.

Мобильные Интернет-устройства

По оценкам аналитиков, объем рынка мобильных Интернет-устройств MID (Mobile Internet Device), или карманных мобильных устройств с функциональностью и вычислительной мощностью полноценного ПК, в ближайшие 3–5 лет превысит 100 млн штук. Впервые о MID корпорация Intel заговорила в прошлом году на осеннем Форуме IDF в Сан-Франциско; позже было объявлено о планах развития и продвижения MID совместно с известным мировым телекоммуникационным оператором T-Mobile. Intel и T-Mobile предполагают продвигать MID и ноутбуки со встроенными возможностями доступа в европейские сети 3G/HSPA от T-Mobile; первые такие устройства поступят в массовую продажу в первой половине текущего года. Сейчас Intel и T-Mobile активно сотрудничают с производителями MID, чтобы сделать их привлекательными и востребованными. Устройства будут продаваться через провайдеров услуг, которые предоставляют стандартный набор сервисов для ноутбуков и услуги беспроводного широкополосного доступа T-Mobile.

Платформа Intel, на основе которой будут изготавливаться первые MID, носит кодовое название Menlow (Centrino Atom) и появится уже в этом году, а следующая — Moorestown — должна увидеть свет в 2009–2010 гг. Обе платформы гарантируют пользователям высокую производительность при очень малом энергопотреблении и в то же время полную совместимость с ПК и Интернетом. Основа платформы Menlow — процессор Silverthorne, который изначально разрабатывался специально для устройств категории MID.

Silverthorne будет выпускаться на основе 45-нм производственной технологии с использованием металлических затворов транзисторов и диэлектрика high-k. При его создании была применена специальная микроархитектура с низким энергопотреблением. В платформе Menlow одноядерный процессор Silverthorne (Atom) будет взаимодействовать с новым НМС под кодовым названием Poulsbo. Другая версия процессора Atom, с кодовым названием Diamondville, будет комплектоваться НМС из двух микросхем. Эти процессоры будут выпускаться как в одноядерном, так и в двухъядерном вариантах. Интересно, что Silverthorne потребляет в 10 раз меньше энергии и занимает впятеро меньше места, чем первые процессоры с низким энергопотреблением для ультрамобильных ПК, выпущенные в 2006 г. Такое сверхнизкое энергопотребление гарантирует от 6 до 8 ч работы устройства без подзарядки батареи. Тактовая частота Silverthorn пока не разглашается, но создатели утверждают, что по производительности он будет сравним с процессорами, лежащими в основе процессорной технологии Intel Centrino предыдущего поколения. Микроархитектура Silverthorne полностью совместима с набором инструкций Intel Core, в ней используется технология управления потреблением энергии Deep Power Down (C6) и многие другие инновации. Новые MID будут оснащены широким спектром возможностей беспроводного доступа. Практически во всех будет поддержка Wi-Fi и Bluetooth, опционально — 3G и WiMAX. Благодаря высокой скорости передачи данных «мобильного WiMAX» пользователи получат возможность смотреть на своих мобильных устройствах потоковое видео. При этом десятисантиметровый экран гарантирует высокое качество изображения.

Платформа Moorestown для MID, которая появится в 2009–2010 гг., будет состоять из однокристальной системы, построенной по принципу System-On-Сhip (SOC), и коммуникационного узла. SOC будет содержать процессор, графику, видео, а также контроллер памяти на одном кристалле, изготовленном по технологии 45 нм. Коммуникационный узел будет обеспечивать быстрый ввод-вывод информации и различные возможности беспроводного доступа. По прогнозам экспертов Intel, энергопотребление у MID на платформе Moorestown в спящем состоянии будет в 10 раз меньше, чем у MID на платформе Menlow.

Будущее процессоров

В конце прошлого года корпорация IBM (www.ibm.com) и ее партнеры, в числе которых такие технологические «тяжеловесы», как AMD, Sony, Toshiba и Samsung, объявили о том, что они разработали материал, способный уменьшить стоимость производства 32-нм процессоров следующего поколения. В состав этого материала входит химический элемент гафний, и с его помощью можно выпускать изделия по тому же технологическому процессу, который применяется при производстве обычных микропроцессоров. Intel, уже приступившая к выпуску кристаллов с технологической нормой 45 нм, тоже работает над 32-нм технологией, которую планируется освоить примерно тогда же, что и технологию IBM и партнеров, — в 2009 г. Однако Intel и альянс IBM (куда входит конкурент Intel, компания AMD) используют принципиально разные подходы, отвечающие их требованиям. Подход Intel оптимизирован для ее собственных процессоров х86, и компания старается его не менять. А IBM и партнерам требуется универсальный подход, который можно применять в разных производственных системах.

В целях уменьшения тока утечки производители процессоров начали заменять поликремний (SiOn), используемый для изготовления затворов транзисторов, материалами с высокой диэлектрической постоянной (диэлектриками high-k), в состав которых входит гафний. Достижение IBM и ее партнеров заключается в том, что они разработали материал, выдерживающий высокие температуры производственного процесса. До сих пор, чтобы избежать воздействия высоких температур на гафнийсодержащие материалы, их вводили в технологический процесс последними, тогда как материалы того же назначения в обычных микросхемах с поликремниевыми транзисторами вводились в начале процесса. Такое изменение последовательности приводит к удорожанию производства и вносит дополнительные конструктивные ограничения. Предложив теплостойкий материал, IBM и партнеры смогли создать 32-нм кристаллы с применением того же технологического процесса, что и при изготовлении обычных микропроцессоров. Несмотря на то что некоторые проблемы еще остаются и впереди много работы, основная задача решена, и партнеры уверены, что они подготовят производственные линии ко второму полугодию 2009 г.

Начиная с декабря 2005 г. IBM и Toshiba активно сотрудничают в области фундаментальных перспективных исследований, связанных с технологическими процессами производства полупроводниковых элементов (в частности, с 32-нм технологией). Эти исследования проводятся на производственных площадках в Йорктауне и Олбани (шт. Нью-Йорк). Опираясь на успех действующего партнерства, обе компании приняли решение расширить сферу совместных разработок, которая теперь охватывает 32-нм КМОП-технологию. По условиям нового соглашения, Toshiba присоединяется к альянсу шести компаний по совместной разработке 32-нм технологии изготовления микросхем, которая выполняется на предприятии IBM в Ист-Фишкилле (шт. Нью-Йорк). В рамках этого сотрудничества, которое в целом направлено на укрепление лидерства IBM и Toshiba в мировой полупроводниковой отрасли, планируется ускорить развитие нового поколения технологий создания высокопроизводительных энергосберегающих чипов с 32-нм проектной нормой.

Карманные суперкомпьютеры

Профессор Эдинбургского университета Майкл Зейсер, специализирующийся на исследованиях в сфере нанотехнологий, убежден, что при сохранении нынешних темпов развития суперкомпьютеры, умещающиеся на ладони, появятся всего через 10–15 лет — чему должно помочь сделанное им недавно открытие. Зейсер занимается исследованиями поведения нанопроводников; по его словам, ему удалось решить проблему, связанную с тем, что в условиях одинакового давления каждый такой проводник ведет себя по-разному, что сильно затрудняет процесс размещения нанопроволок вблизи друг от друга с выравниванием. Как заявляет исследователь, он нашел способ заставить нанопроводники вести себя под давлением одинаково. Он делит вещество проводника на сегменты по определенному принципу, лишая проволоку возможности реагировать на давление в качестве единого целого, и таким образом контролировать реакцию нанопроводника становится проще. Майкл Зейсер указывает, что само по себе его открытие не приведет сразу к разработке суперкомпьютеров, умещающихся на ладони. По его словам, кроме создания более компактных процессоров инженерам микросхем еще необходимо будет справиться с тепловыми флуктуациями, проявляющимися при достижении наномасштабов.

Суперкомпьютеры, состоящие из тысяч отдельных процессорных «мозгов», соединенных километрами медных проводов, смогут однажды поместиться в персональный ноутбук — во многом благодаря недавнему прорыву ученых IBM. В то время как современные суперкомпьютеры используют количество электроэнергии, сопоставимое с энергопотреблением сотен домов, будущие «суперкомпьютеры на микросхеме» будут расходовать примерно столько же энергии, сколько и обыкновенная электрическая лампочка. В опубликованных материалах исследователи IBM подробно описали свое научное достижение — которое несомненно можно считать эпохальным прорывом, — состоящее в способе передачи информации между несколькими вычислительными ядрами на микросхеме с помощью импульсов света через слои кремния, а не с помощью электрических сигналов по проводам. Эта инновационная методика, известная как кремниевый электрооптический модулятор Маха-Цандера, выполняет функцию преобразования электрических сигналов в световые импульсы. Размер модулятора, созданного учеными IBM, в 100 или даже в 1000 раз меньше подобных модуляторов, продемонстрированных ранее, что открывает широкие возможности интеграции множества таких устройств — а в перспективе и готовых оптических сетей с маршрутизацией — в одной микросхеме. Это позволит значительно сократить стоимость, энергопотребление и тепловыделение при одновременном повышении пропускной способности каналов обмена данными между ядрами в сотни раз по сравнению с микросхемами, использующими медные проводники.

По утверждению вице-президента по науке и технологиям подразделения IBM Research Т. С. Чена, научные исследования и разработки техпроцессов, связанные с увеличением плотности упаковки вычислительных ядер на одном кристалле микросхемы, активно ведет как IBM, так и другие организации отрасли. Однако современные технологии внутренних коммуникаций на уровне кристаллов развивались слишком медленно для поддержки растущих объемов обмена данными между вычислительными ядрами. Теперь сделан важнейший шаг на пути создания значительно более компактного и энергетически эффективного способа организации каналов обмена данными между ядрами — методики, которую никто ранее не применял. Один из самых передовых на сегодня в мире разработанный IBM процессор Cell, которым оснащаются игровые приставки Sony Playstation 3, содержит девять процессорных ядер на одной микросхеме. Новое достижение ученых IBM позволило создать энергетически эффективную методику беспроводных межсоединений сотен или тысяч ядер, расположенных на одной микросхеме. Применяя световые импульсы вместо проводов, можно в 100 раз увеличить скорость обмена информацией между ядрами, затратив при этом в 10 раз меньше электроэнергии.

Подобно тому как оптоволоконные сети способствуют бурному развитию Интернета, позволяя людям во всем мире обмениваться огромными объемами информации, инновационная технология IBM обеспечивает точно такие же возможности в компьютерной микросхеме. Оптический модулятор IBM выполняет функцию преобразования цифрового электрического сигнала, передаваемого по проводам, в серию световых импульсов, которые распространяются по кремниевому нанофотонному волноводу. Сначала луч лазера (исходного источника света) направляется на оптический модулятор, выступающий в роли быстродействующего «затвора» — своеобразной шторки, которая, открываясь и закрываясь, пропускает или задерживает лазерный луч на его пути в выходной волновод. Когда цифровой электрический импульс поступает от процессорного ядра в модулятор, «шторка» на мгновение открывается, и короткий импульс света пропускается к выходному оптическому волноводу. Именно таким образом выполняется модуляция оптического луча входного лазера, и модулятор преобразует поток «единиц» и «нулей» цифровых битов электрического сигнала в световые импульсы.

Необычное электропитание

Компания M2E Power (www.m2epower.com) разработала минигенератор, который размещается в мобильных устройствах и преобразует кинетическую энергию в электричество. При каждом движении руки владельца устройства минигенератор подзаряжает аккумуляторную батарею. В M2E утверждают, что это увеличивает время непрерывной работы от батареи в 3–7 раз. Устройство разрабатывается для военных, но в перспективе M2E планирует вывести его на рынок. Компания полагает, что на доведение минигенератора до подходящих размеров и его включение в конструкцию мобильных устройств потребуется два года. Материалы, используемые для производства устройства, вполне доступны и ненамного дороже тех, которые применяются в современных литиевых батареях, а тяжелых металлов в них даже на 30–40% меньше.

Австралийское научно-промышленное общество (Australian Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO) также объявило о разработке аккумуляторной системы для армии Австралии, в которой используется кинетическая энергия. В ее разработке участвовали компании BAE Systems, Tenix и Thales.

А вот электронный гигант Sony (www. sony.net) продемонстрировал прототип биологически дружественной батареи, которая вырабатывает электрический ток из сахара подобно тому, как это делают живые организмы. Опытные элементы генерируют до 50 мВт энергии — этого достаточно для питания музыкального плеера типа Walkman. Специалисты Sony утверждают, что это наилучший результат для биологических батарей данного типа. Электрический ток образуется в них при помощи ферментов, расщепляющих углеводороды. Инженеры Sony улучшили фиксацию ферментов и проводящего материала, сохранив активность ферментов на аноде, и разработали новую структуру катода, которая эффективно подает кислород, поддерживая нужную концентрацию водного раствора для оптимизации деятельности ферментов и выработки электрического тока. Свое экологически чистое устройство Sony поместила в корпус из растительного пластика. Такие батареи помогут решить проблему загрязнения окружающей среды: большинство веществ, применяемых в современных батареях, токсичны и экологически вредны. Sony будет продолжать исследования в области так называемых систем фиксации, состава электродов и других технологий для повышения выходной мощности и долговечности своих элементов. Результаты этих исследований компания представила летом прошлого года на конференции и выставке Американского химического общества в Бостоне.

Между тем ученые из Политехнического института Ренсселера недавно продемонстрировали прототип устройства, напоминающего лист бумаги, которое действует как мощная батарея или конденсатор высокой емкости и заряжается, используя кровь и пот человека. В будущем такое легкое, тонкое и гибкое устройство может найти применение в медицинских имплантантах, на транспорте и в портативных устройствах.

А вот компания Medis Technologies (www.medistechnologies.com) обещает выпустить на рынок источник питания на базе топливного элемента Medis 24-7 Power Pack, который позволит непрерывно говорить по сотовому телефону до 30 ч и воспроизводить аудиозаписи на iPod от 60 до 80 ч. В своем топливном элементе компания применяет фирменную технологию DLFC (Direct Liquid Fuel Cell Technology) и утверждает, что от него может работать и заряжаться большинство карманных устройств. Power Pack чуть крупнее колоды карт и весит 185 г. Для питания и подзарядки устройств требуются два компонента: собственно топливный элемент и картридж. Когда картридж вставляется в Power Pack, топливо из него поступает в топливный элемент, и тот сразу начинает генерировать энергию. Первоначальный комплект будет стоить около 30 долл., а замена картриджа обойдется потребителям в 20 долл.

Огонь, вода и… медные диски

Компания SentrySafe предлагает огнеупорные и водонепроницаемые жесткие диски в герметичном корпусе. Данные в жестких дисках SentrySafe Fire-Safe/Waterproof защищены от огня и воды: их корпус выдерживает нагревание до 843°С в течение 30 мин и погружение в воду на 24 ч. Дополнительная защита данных обеспечивается шифрованием и ПО восстановления системы. Устройства емкостью 80 и 160 Гбайт будут продаваться по цене 260 и 340 долл. соответственно.

Ученые из Стэнфордского университета сделали открытие, которое может означать скорое появление батарей для ноутбуков, работающих без подзарядки больше десяти дней. Им удалось увеличить электрическую емкость литий-ионных батарей в десять раз благодаря аноду нового типа, в котором используются кремниевые нанонити. В обычных литий-ионных батареях для анода применяется графит, что ограничивает количество лития (который хранит заряд), удерживаемое в аноде, а следовательно, срок службы батареи. Согласно исследованиям, кремниевые аноды обладают самой высокой теоретической емкостью, но в процессе заряда они расширяются, а при использовании сжимаются — этот цикл приводит к измельчению кремния и ухудшению характеристик батареи. Исследователи уже 30 лет не могут найти выход из этого тупика, направляя свои усилия на совершенствование графитовых анодов. Ученые из Стэнфорда преодолели это препятствие, создав анод нового типа, который удерживает литий в «лесу» из тонких кремниевых нанонитей диаметром в тысячную долю толщины листа бумаги. Насыщаясь литием, нанонити раздуваются в четыре раза, но не разрушаются, как в прежних конструкциях кремниевого анода. Эксперты утверждают, что для коммерциализации технологии нет никаких препятствий. При условии успешных испытаний технология станет коммерчески доступной в течение нескольких лет.

Запоминающие устройства

В декабре прошлого года Intel выпустила электронный диск (Solid-State Drive, SSD) Z-P140 PATA, один из самых миниатюрных элементов памяти этого типа. При емкости 2 или 4 Гбайт этот потребляющий мало энергии и прочный элемент памяти по размеру меньше монеты в один цент и легче капли воды. Элементы SSD заменяют жесткий диск, используя технологию флэш-памяти для хранения ОС и данных. Intel Z-P140 PATA SSD оснащен стандартным интерфейсом parallel-ATA (PATA) и оптимизирован для процессоров Intel. Он станет опциональным компонентом платформы Intel Menlow для мобильных Интернет-устройств. SSD-диск обеспечивает скорость чтения данных 40 Мбайт/с и скорость записи 30 Мбайт/с. Потребляемая мощность элемента в активном состоянии составляет 300 мВт, а в режиме ожидания — всего 1,1 мВт при среднем времени наработки на отказ 2,5 млн ч. Z-P140 PATA SSD продолжает существующее семейство твердотельных дисков Z-U130 USB SSD. Эти элементы со стандартным интерфейсом USB применяются в качестве быстродействующей альтернативы жестким дискам для серверов, недорогих ноутбуков и ПК, а также для встроенных решений.

Воспользовавшись технологией Samsung, компания LaCie (www.lacie.com) разработала 1,3-дюйм жесткий диск большой емкости для карманных устройств. Компания предлагает семейство миниатюрных жестких дисков Little Disk емкостью 30 и 40 Гбайт. Модернизированная версия ее USB-диска Key Max имеет размер кредитной карты. Оба решения подключаются к компьютеру через интерфейс USB 2.0. Напомним, что корпорация Samsung (www.samsung.com) разработала технологию 1,3-дюйм жесткого диска, в котором пространство используется с максимальной эффективностью. По габаритам устройство эквивалентно картам Compact Flash II. Эта разработка позволила LaCie преодолеть существующие ограничения по размерам и создать новаторскую конструкцию жестких дисков большой емкости для карманных устройств — их максимальную емкость удалось увеличить с 12 до 40 Гбайт. Устройство продается с предустановленным ПО резервного копирования LaCie 1-Click для РС и Мас и программой SilverKeeper для регулярного резервного копирования данных на Мас.

Возможно, что в ближайшем будущем в обычных USB-дисках будет применяться новая технология элементов памяти, разработанная в университете штата Аризона (ASU). Центр прикладной наноионики (CANi) университета предложил новый способ хранения данных, который в перспективе способен за несколько лет вытеснить из употребления флэш-память. Так называемые элементы с программируемой металлизацией PMC (Programmable Metallization Cell) раздвигают границы физических возможностей современной технологии хранения данных. Ученые утверждают, что РМС в 1000 раз эффективнее существующих элементов флэш-памяти и позволяют значительно увеличить емкость таких устройств, как USB-диски. Физическим препятствием для дальнейшего уплотнения ячеек в элементах памяти остается усиление тепловыделения при сближении атомов вещества. Технология РМС, разработанная ASU совместно с германским институтом Julich Research Center, меняет способ взаимодействия заряженных частиц: вместо перемещения электронов между ионами вещества, как в традиционной электронике, наноионика манипулирует самими ионами. По словам исследователей, им удалось поместить между электродами частицу размером с вирус, что приводит к изменению электрического сопротивления — а это как раз то, что нужно для запоминающих устройств. Важно, что новая технология может применяться в существующих процессах производства элементов памяти, так что стоимость ее освоения будет не очень высока. Используя доступные материалы, исследователи смогли предложить способ производства такой памяти практически без дополнительных затрат — нужно всего лишь немного изменить состав этих материалов. Не исключено, что изделия на основе новой технологией появятся довольно скоро — по некоторым оценкам, первые коммерческие продукты можно будет выпустить за полтора года. Производители микросхем памяти, включая Micron Technology, уже проявили интерес к РМС; заинтересовались ею и крупные корпорации, такие, как Samsung, Sony и IBM.

Плоские экраны

Недалеко то время, когда монитор можно будет свернуть в трубочку и носить с собой в портфеле. Корпорация Sony начала продавать в Японии (примерно за 1800 долл.) футуристический телевизор XEL-1 с 11-дюйм экраном толщиной всего 3 мм. Он основан на технологии OLED (Organic Light-Emitting Diodes) и обеспечивает насыщенные цвета, даже если смотреть на экран сбоку. Sony первой приступила к массовому производству телевизоров на базе этой технологии, но и другие компании демонстрируют прототипы OLED-телевизоров. Новая технология пока не представляет угрозы для индустрии ЖК-телевизоров, в которую вложены миллиарды долларов. Однако не исключено, что со временем OLED-технология станет популярной, и новые продукты где-нибудь к 2015 г. начнут вытеснять ЖК-устройства.

У OLED есть ряд технических преимуществ перед ЖК. При использовании технологии ЖК белый свет пропускается через фильтры основных цветов, и при этом часть светового спектра неизбежно теряется. Материалы же OLED сами излучают свет высоконасыщенных цветов, что позволяет получить более широкий спектр при больших углах обзора. К тому же OLED-панели потенциально дешевле в производстве. OLED-экраны меньшего размера уже начинают применяться в дисплеях мобильных телефонов.

Полупроводниковая технология светодиодов традиционно основывается на неорганических материалах, таких, как кремний; в OLED же применяются органические, углеродсодержащие материалы. В основу этой технологии легла работа, выполненная в 1950-е гг. Мартином Поупом, ныне заслуженным профессором химии Нью-Йоркского университета. Другой пионер в этой области, профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Алан Хигер, получивший в 2000 г. Нобелевскую премию по химии за работу в области электропроводных пластмасс, тоже впечатлен новыми телевизорами. Он считает, что разработки надо продолжать. Когда найдут способ наносить эти тонкие пленки на гибкую подложку, монитор можно будет свернуть и засунуть в рюкзак. Тогда уж точно карманные телевизоры станут столь же обыденным явлением, как КПК.

Мобильный Интернет глазами экспертов Cisco

Эксперты говорят, что с появлением более производительных мобильных устройств с доступом в Интернет, работающих со сверхнизким энергопотреблением и достаточно компактных для того, чтобы свободно умещаться в кармане или дамской сумочке, мир станет сверхмобильным. В частности, можно будет использовать богатые, динамически обновляемые ресурсы социальных сетей. К примеру, в минувшем году активность социальных онлайновых сетей значительно возросла: в период с сентября 2006 по апрель 2007 г. уровень использования онлайн-служб просмотра видеозаписей увеличился на 80%, и в настоящее время любители кино загружают из Интернета больше цифровых файлов, чем когда-либо. В 2008 г. возрастет потребность посещать Интернет-страницы в динамичном, мобильном режиме. Растущая популярность мобильных ПК всех форматов будет по-прежнему сопровождаться постоянным улучшением мобильных технологий.

Вице-президент Cisco по маркетингу решений для операторов связи Джеффри Спаньола считает, что Интернет и мобильность — два главных направления развития коммуникационной отрасли — находятся на пороге слияния. Мир мобильных коммуникаций по своей природе весьма закрыт: все контролирует оператор, главным приложением остается передача голоса, новаторство ограничено, а пользователей держат «на коротком поводке» с помощью дешевых телефонов и угроз отключения. К тому же в большинстве развитых стран рынок мобильной связи близок к насыщению. Мир же Интернета, наоборот, очень открыт. Он контролируется пользователями, там работает множество приложений, процветает новаторство, а пользователи сохраняют верность провайдеру лишь до тех пор, пока он им нравится. По мнению Джеффри Спаньола, в 2008 г. слияние мобильности и Интернета будет проходить под влиянием следующих десяти факторов.

1. Новые устройства

С выпуском iPhone клиенты впервые получили по-настоящему полезный мобильный компьютер с модифицированной ОС MAC OS X, Web-браузером Safari и новым графическим интерфейсом. Конкуренты неизбежно ответят новыми устройствами, и перед пользователями откроется мир действительно ценных мобильных Интернет-приложений. Со временем в Интернет будут входить преимущественно с помощью мобильных устройств (а не настольных ПК, как сегодня). В 2008 г. возможен бурный всплеск новаторства и появление множества новых мобильных терминалов.

2. Приложения для мобильного Интернета

Разработка приложений для мобильного мира — дело непростое из-за большого разнообразия ОС. В 2007 г. к системам Windows Mobile, RIM, Symbian, Linux и Palm добавились ОС Apple и Google. Наиболее открытой считается ОС Google Android, но сегодня трудно предугадать, какие ОС возьмут верх.

3. Широкая полоса пропускания

В мире голосовой связи среднему пользователю достаточно канала с пропускной способностью 12 кбит/с, в мире же Интернета эти требования возрастают на 1–2 порядка. В связи с этим разрабатываются новые способы модуляции (OFDM) и антенные технологии (MIMO). Полезным шагом станет сворачивание аналогового телевидения и продажа его частотных диапазонов, но для резкого повышения пропускной способности мобильных сетей нужно резко уменьшить размер соты. Для этого предлагаются технологии FemtoCell и WiFi.

4. FemtoCell и Wi-Fi

«Фемтосоты» — привлекательнейшее решение для быстрого расширения пропускной способности мобильных сетей без лишних расходов. Эта технология подразумевает создание очень маленьких сот UMTS, каждая из которых способна покрыть территорию площадью с целый дом. Такая сота стоимостью около 100 долл. подключается к мобильной сети и Интернету по широкополосным каналам (DSL или кабельное ТВ) и поддерживает все стандартные мобильные терминалы UMTS. Абонент получает доступ ко всем услугам, а оператору не приходится платить за мобильный транспорт и электричество. Эта технология выгодна всем.

Wi-Fi тоже имеет большой потенциал, но эта технология с трудом пробивает себе дорогу в мир мобильной связи, ибо до недавнего времени операторы не проявляли к ней интереса. Ситуация, однако, меняется, и как только операторы проявили интерес к Wi-Fi, на рынке появились новые пользовательские устройства. При этом Wi-Fi остается самой популярной беспроводной технологией для помещений, и для нее разрабатывается множество мобильных устройств.

5. Повышение эффективности беспроводных каналов

Технологии OFDM и MIMO впервые появились в сетях WiMAX. Их успех в данной области сыграет решающую роль в быстром проникновении в мир 3G под видом оконечной аппаратуры линии передачи данных (LTE). В будущем UMTS/LTE станет ведущей беспроводной технологией для лицензируемого спектра частот, а WiMAX займет такое же положение в нелицензируемом спектре. В 2008 г. технология WiMAX начнет быстро распространяться на рынке. Начнется строительство сети WiMAX Sprint-Nextel Xohm, которая будет эксплуатироваться в ряде городов США.

6. Шлюзы большой емкости

Сегодня почти весь мобильный трафик — это голос, передаваемый по сетям с коммутацией каналов. Но ситуация обязательно изменится: уже сегодня сети начинают масштабный переход на технологию IP. В результате весь трафик будет передаваться по IP-сетям, требующим гораздо более емких пакетных шлюзов (GGSN, PDSN и ASN GW). Емкость пакетных шлюзов нового поколения должна вырасти на 2–3 порядка; кроме того, должна повыситься их надежность. Таким образом, в 2008 г. на рынке должны появиться более мощные и надежные сетевые шлюзы.

7. Открытость мобильных сетей

Мобильные сети должны «открыться» для мобильного Интернета. Закрытые архитектуры хорошо работали в мире голосовой связи, где поддерживалось одно-единственное приложение, но этот подход не сработает в мобильном Интернете, где тысячи компаний постоянно разрабатывают что-то новое. Сообщество Web 2.0 испытывает все эти разработки, и рынок сам решает, какие из них будут использоваться, а какие нет. «Открытая» модель бизнеса в Интернете всегда беспокоила операторов мобильной связи, так как ее трудно «монетизировать». Оператор, первым освоивший мир мобильного Интернета, окажется не просто в выигрыше — его выигрыш будет поистине огромен.

8. Корпоративный рынок

Локомотивом мобильного мира станет корпоративный рынок. Первой на этот рынок вышла компания RIM, но теперь с ней конкурирует корпорация Microsoft, которая разработала решение для управления мобильными устройствами (Mobile Device Manager). Управление устройствами имеет большое значение для успешного внедрения мобильных технологий на предприятиях, и вендоры, которые предложат удачное решение в этой области, окажутся в лидерах. Сегодня большинство систем управления оптимизировано под определенную ОС, так что систему управления, которая сможет взаимодействовать со многими ОС, ждет большое будущее. Такие системы разрабатываются целым рядом компаний.

9. Проблемы мобильного транспорта

Мобильный Интернет создаст множество проблем в области мобильного транспорта (backhaul). Переход к IP-сетям требует поиска технологий (таких, как Metro Ethernet) для экономичной передачи больших объемов трафика, характерного для сетей этого типа.

10. Время IPv6

Появление мобильного Интернета означает, что множество людей получит доступ ко Всемирной паутине через мобильные устройства, и адресного пространства IPv4 на всех не хватит. IPv6 предоставит пользователям не только адресное пространство, но и множество дополнительных функций, весьма полезных для мобильной среды. Помимо прочего, IPv6 сможет отделить местоположение от личности пользователя (отсутствие такого разделения считается одним из самых больших недостатков IPv4 в мобильных сетях). В 2008 г. можно ждать большой активности в сфере IPv6.