С точки зрения физики: Интерстеллар

Первая вычислительная система HP Machine, имеющая радикально новую архитектуру, может появиться в 2016 году

Усилия специалистов компании Hewlett-Packard, направленные на разработку принципиально новой архитектуры вычислительных систем, могут увенчаться успехом гораздо быстрее, чем это можно себе представить. Первый опытный образец инновационной вычислительной системы, имеющей незамысловатое название "The Machine", может появиться в недрах лабораторий компании уже в конце 2016 года. И если испытания этого опытного образца пройдут успешно, что послужит подтверждением перспектив новой архитектуры, то всем IT-специалистам, начиная от программистов, системных администраторов и заканчивая обычными пользователями, придется начинать готовиться к полному переосмыслению своих навыков и принципов работы с вычислительными системами.

Первое заявление компании HP касательно проекта "The Machine" прозвучало в июне этого года на конференции Discover. Выступая на этой конференции, Мартин Финк (Martin Fink), директор HP Labs, объявил о том, что вычислительные системы принципиально новой архитектуры могут появиться в течение ближайшего десятилетия. А в конце прошлой недели, Мартин Финк в своем докладе на конференции Software Freedom Law Center's 10th anniversary в Нью-Йорке упомянул о возможности создания первого опытного образца компьютера The Machine к концу 2016 года. Это, по мнению, руководства компании, развяжет руки специалистам, дав им несколько лет на исправление разного рода ошибок, влекущих за собой изменения в архитектуре.

Согласно имеющейся информации, в системе The Machine будет использована кардинально измененная архитектура фон Неймана (Von Neumann), архитектура, которая оставалась практически неизменной с момента появления первых вычислительных систем. У компьютеров такой архитектуры имеется процессор, оперативная память и внешние устройства хранения информации. Для того, чтобы запустить какую-либо программу, процессор загружает код этой программы в оперативную память, начинает выполнять инструкции программы и, в случае необходимости, в конце копирует результаты расчетов обратно во внешнюю память.

К сожалению, современные методы производства оперативной памяти, ключевого компонента всех компьютеров, уже уперлись в ряд физических и технологических ограничений, и все это указывает на то, что вычислительные системы будущего будут требовать памяти совершенно нового типа. В настоящее время существует множество новых экспериментальных типов памяти, к которым можно отнести память на основе мемристоров, разрабатываемую компанией HP.

В отличие от традиционной оперативной памяти, большинство всех новых типов памяти относятся к энергонезависимой памяти, способной хранить данные в случае отсутствия питающего напряжения. Это и высокое быстродействие новой памяти позволяет заменить ею не только оперативную память, но и внешние устройства хранения информации, такие, как флэш-накопители и твердотельные жесткие диски. Это, в свою очередь, позволит избежать необходимости бессмысленного копирования программ и данных из памяти одного типа в память другого типа.

"Такие, с виду незначительные, изменения архитектуры вычислительной системы, потянут за собой целый каскад более кардинальных изменений" - рассказывает Мартин Финк, - "Но все эти изменения так или иначе ведут к тому, что новые компьютеры станут более мощными и более эффективными".

Согласно предварительным прогнозам компании, компьютер The Machine будет иметь в шесть раз более высокую производительность и потреблять в 80 раз меньше энергии, нежели современный компьютер со схожими параметрами тактовой частоты, объемов памяти и т.п. Первый опытный образец The Machine будет иметь порядка 150 вычислительных узлов, ядер, снабженных 157 петабайтами памяти с прямой адресацией.

"Для такой вычислительной системы потребуется абсолютно новая операционная система" - рассказывает Мартин Финк, - "Ведь на плечи именно операционной системы ложится копирование данных между различными типами памяти, а в новой архитектуре необходимость такого копирования будет исключена как класс".

Специалисты лаборатории HP Labs уже работают над новой операционной системой Carbon, создаваемой как говорится, с чистого листа. А в следующем году компания HP предоставит свободный доступ к некоторым частям кода этой операционной системы. Параллельно с этим ведутся работы по созданию экспериментальной операционной системы на базе Linux, которая получит название Linux++, и которая будет предназначаться для работы на компьютерах с новой архитектурой.

Еще одним преимуществом, которое может обеспечить внедрение архитектуры The Machine, является упрощение структуры вычислительных систем. "Современные системы имеют в среднем от 9 до 11 уровней хранения данных, начиная со сверхбыстрого кэша L1 до медленных оптических приводов" - рассказывает Мартин Финк, - "Каждый такой слой - это компромисс между надежностью, постоянством и скоростью. Наличие иерархии уровней хранения данных приводит к усложнению структуры системы, что может быть устранено лишь путем использования массива единой быстрой энергонезависимой памяти с линейным доступом".

"Одна из основных целей архитектуры The Machine - максимальное упрощение структуры вычислительной системы" - рассказывает Мартин Финк, - "А это упрощение обязательно отразится в лучшую сторону на скорости и на эффективности работы системы в целом".

Система, использующая сигналы Wi-Fi, позволяет увидеть то, что делается по ту сторону стены

Исследователи из Университетского колледжа в Лондоне (University College London) разработали и продемонстрировали работу опытного образца системы, которая при помощи сигналов беспроводных сетей передачи данных Wi-Fi может отслеживать движущиеся объекты, находящиеся по ту сторону стен или других препятствий. Разработанное устройство во многом похожа по принципу действия на обычный радар, но в отличие от активного радара, который сам излучает радиоволны, новая система абсолютно пассивна, она лишь способна разобраться в том "супе" из радиоволн, источниками которых являются точки доступа и устройства, подключенные к беспроводной сети.

Доктор Бо Тан (Dr. Bo Tan), один из ведущих исследователей данного проекта, рассказал, что разработанная ими технология имеет очень большое количество областей применения, начиная от наблюдения за захватившими заложников террористами до реализации систем распознавания жестов. Система также может использоваться для контроля за пожилыми и больными людьми и вызова помощи в случае падения или длительного бездействия контролируемого пациента.

Работа Wi-Fi-системы, как и традиционных радарных систем, основана на использовании эффекта Доплера, который смещает фазу радиоволны, отражаемой от перемещающегося объекта. В устройстве используется два независимых приемных канала, один из каналов принимает прямой несущий сигнал, излучаемый точкой доступа или маршрутизатором. Второй канал настроен на прием сигнала, отраженного от движущихся объектов.

Сравнивая два принятых сигнала при помощи специализированного программного обеспечения, разработанного специалистами компании National Instruments, система сожжет вычислить местоположение, скорость и направление движения контролируемого объекта. Во время испытаний опытного образца системы она оказалась в состоянии использовать сигнал Wi-Fi от обычного устройства потребительского класса для обнаружения движущегося человека и некоторых его жестов, в помещении, отделенном стеной, толщиной в 25 сантиметров.

Полное отсутствие собственного излучения в любой части электромагнитного спектра гарантирует полную анонимность работы устройства-радара, что делает эту технологию особо привлекательной для использования в системах наблюдения, обеспечения безопасности и при проведении операций по ликвидации террористических угроз. И это подтверждается тем, что представители группы доктора Бо Тан уже достаточно успешно ведут переговоры с некоторыми фирмами, выпускающими электронику специального назначения, и правительственными учреждениями, которые сильно интересуются возможностями новой технологии.