Дорога в будущее - Гейтс Билл

Информационная магистраль, немыслимая без сжатия данных, потребует применения кабелей с очень высокой пропускной способностью. Тут-то и кроется одна из главных причин, почему информационная магистраль до сих пор не построена: современные коммуникационные сети не могут обеспечить нужной полосы пропускания. И не обеспечат, пока их не заменят волоконно-оптические линии. Волоконная оптика – пример технологии, выходящей далеко за рамки того, что могли предвидеть Беббидж или даже Эккерт и Моучли. То же относится и к темпам, с которыми улучшается быстродействие и емкость микросхем.

В 1965 году Гордон Мур (Gordon Moore), впоследствии вместе с Бобом Нойсом основавший фирму Intel, предсказал, что число транзисторов в компьютерных чипах ежегодно будет удваиваться. Его предсказание базировалось на соотношении «цена/качество» компьютерных чипов за предыдущие 3 года и предположении, что в ближайшее время эта тенденция сохранится. Правда, Мур не очень-то верил, что такая скорость эволюции чипов продлится долго. Но прошло 10 лет, предсказание сбылось, и тогда он заявил, что теперь емкость будет удваиваться каждые 2 года. Его слова оправдываются и по сей день: число транзисторов в микропроцессорах удваивается в среднем каждые 18 месяцев. Среди инженеров эту зависимость принято называть законом Мура.

Опыт повседневной жизни бессилен перед скрытым смыслом периодически удваивающихся чисел – экспоненциальной прогрессией. Мы попытаемся вникнуть в этот смысл, вспомнив древнюю легенду.

Правитель Индии Ширхам (Shirham) так обрадовался, когда один из его министров изобрел шахматы, что разрешил ему выбрать любую награду.

«Владыка, – сказал министр, – дай мне столько зерен пшеницы, сколько уместится на шахматной доске: одно зернышко – на первую клетку, на вторую клетку – 2 зернышка, на третью – 4 и пусть так удваивают число зернышек на каждой клетке вплоть до шестьдесят четвертой». Правитель немало удивился такой скромности, но велел принести мешок пшеницы.

И вот зернышки стали отсчитывать на шахматной доске. На первую клетку в первом ряду положили одно маленькое зернышко. На вторую – 2 зернышка, на третью – 4 и далее: 8, 16, 32, 64, 128. Когда первый ряд был заполнен, кладовщик насчитал в нем всего 255 зернышек.

Правитель, наверное, еще ничего не подозревал. Разве что зернышек на первом ряду оказалось многовато, но волноваться вроде бы не о чем. Допустим, на одно зернышко уходила одна секунда, значит, подсчет пока занял не более четырех минут. А если на один ряд потребовалось четыре минуты, попробуйте догадаться, сколько времени нужно на подсчет зернышек пшеницы на всех клетках. Четыре часа? Четыре дня? Четыре года?

К тому времени, когда покончили со вторым рядом, кладовщик трудился уже 18 часов, отсчитав 65535 зернышек. На третий из восьми рядов, чтобы отсчитать 16,8 миллионов зернышек (24 клетки), понадобилось 194 дня. А ведь оставалось еще 40 пустых клеток.

Думаю, Вы понимаете: правитель отказался от своего обещания! На последней клетке должна была вырасти гора из 18446744073709551615 зернышек пшеницы, и на их отсчитывание ушло бы 584 миллиарда лет. Сравните: возраст Земли оценивают где-то в 4,5 миллиарда лет. Согласно большинству версий этой легенды, правитель Ширхам в конце концов понял, как ловко его провели, и велел казнить этого министра-умника. Так что экспоненциальная прогрессия, даже когда ее поймешь, кажется чистым фокусом.

Число транзисторов в микропроцессорах Intel удваивалось примерно каждые 18 месяцев – в соответствии с законом Мура.

Закон Мура, по всей видимости, будет действовать еще лет двадцать. И тогда вычисления, занимающие сегодня сутки, будут проводиться в 10000 раз быстрее, т.е. не потребуют более десяти секунд.

Лаборатории уже работают с так называемыми «баллистическими» транзисторами, время переключения которых порядка фемтосекунды. Это 1/1000000000000000 секунды, т.е. такие транзисторы в 10 миллионов раз быстрее современных. Однако необходимо так уменьшить размер чипа и протекающий в нем ток, чтобы движущиеся электроны ни с чем не сталкивались – и друг с другом тоже. В этом вся сложность. Следующий этап – создание «одноэлектронного транзистора», в котором единственный бит информации представлен одиночным электроном. Это абсолютный предел для низкоэнергетической вычислительной техники, по крайней мере, в соответствии с нашим нынешним пониманием физических законов. Чтобы воспользоваться преимуществами невероятного быстродействия на молекулярном уровне, компьютеры должны стать очень маленькими, даже микроскопическими. Наука уже объяснила, как строить супербыстрые компьютеры. Пока недостает одного – технологического рывка, но за этим, как показывает история, дело не станет.