Компьютеры в будущем: Фотоника, кванты, мозговая сеть. Какими будут компьютеры будущего

Содержание

Будущее: Наука и техника: Lenta.ru

Кадр: Ideum / YouTube

Apple показала, какими будут компьютеры в ближайшем будущем

18 октября Apple представила новые профессиональные ноутбуки MacBook Pro. Обновленные девайсы оценили в плане дизайна, производительности и стоимости. Кроме того, в сети появились активные споры на тему, какими окажутся компьютеры будущего. Футурологи сходятся во мнении, что современные гаджеты будут все менее привязаны к физической оболочке, перестанут быть дорогими и заточенными под определенные задачи, окажутся зависимыми от качества интернет-соединения.

Компьютер будущего — это не столько конкретный бренд или металлическая коробка с микросхемами, сколько способ визуализации данных и набор технологий.

Производители техники соревнуются в компактности

Скорее всего, через 30-50 лет компьютеры будут значительно отличаться от тех машин, которые доступны на рынке сейчас. Это кажется очевидным, если вспомнить, какими девайсы были в конце XX века, когда даже термин «персональный компьютер» не был распространен в том значении, какое он имеет сейчас. Профессиональные машины — вроде квантовых компьютеров — будут развиваться параллельно рынку потребительской техники. Эти предназначенные для научных разработок устройства как были массивными и дорогими, таковыми и остались.

В начале 2020-х годов главными трендами развития персональных компьютеров кажутся стремление снизить размеры устройства и сделать девайс заточенным под максимальное количество задач. Например, Apple развивает направление производительных планшетов. Так, iPad Pro по сути является ноутбуком без физической клавиатуры. При этом гаджет справляется как с просмотром соцсетей и фильмов, так и набором текста и даже редактированием фотографий и видео. К современным планшетам — не только производства американской компании — можно подсоединить аксессуары вроде внешней клавиатуры или принтера. В этом случае девайс становится более функциональным и заменяет стандартный компьютер.

Кадр: Canoopsy / YouTube

Со временем компьютеры станут универсальнее

Еще одним стремлением производителей является движение в сторону универсальности. На современные компьютеры все реже навешивают ярлыки, вроде «устройство для учебы» или «машина для игр». Хотя существуют и специальные геймерские гаджеты, которые выделяются специфическим дизайном и расцветкой. В будущем грань между девайсами может быть окончательно стерта. По рекламе компьютеров можно предположить, что выделять какое-то одно направление использования аппарата не очень выгодно.

Одним из признаков универсальности является сближение традиционного настольного компьютера и смартфона. Разрабатываются решения, которые позволяют моментально открыть девайс и начать им пользоваться — как в случае с телефоном, который постоянно находится во включенном состоянии. Можно вспомнить платформу DeX от Samsung, которая позволяет подключать смартфон к монитору и использовать его как полноценный ПК.

Восприятие компьютера в будущем изменится

Писатели-фантасты и режиссеры фильмов про будущего все чаще представляют компьютер не в виде устройства с монитором и клавиатурой, а в виде удаленного искусственного интеллекта. При должном уровне ИИ — как, например, в фильме «Бегущий по лезвию 2049» — необходимость управления устройством руками устраняется. Компьютер существует в виде сложного набора кода, который может находиться в любом гаджете. Потреблять информацию можно будет с помощью трехмерной проекции или посредством голоса. Например, виртуальный помощник зачитает новости и почту, напомнит о делах, даст развернутый ответ на вопрос. Если зрительный контакт необходим — например, для инженеров или дизайнеров, — то картинку можно проецировать в воздухе перед пользователем.

На рынке уже есть шлемы виртуальной реальности, которые облегчают перенос пользователя в другую среду и упрощают взаимодействие с объектами — например, Magic Leap, HoloLens, Vive, Rift. «Ожидайте, что гарнитуры виртуальной и смешанной реальности будут легче, дешевле и мощнее», — считают журналисты Роб Таброн и Хулио Франко. С помощью таких девайсов можно будет оказаться в определенной среде: привычным образом управлять автомобилем, движениями рук проектировать схемы, оказываться в любой точке мира — виртуальный опыт будет максимально похожим на реальный.

Кадр: Peter Mikheyev Technologie / YouTube

Особенности ПК завтрашнего дня — удаленная работа, виртуальная реальность, высокая автономность

Одним из способов решения проблемы мощности компьютера и компромисса между производительностью и энергопотреблением является выбор стриминга. Футурологи описывают устройство будущего как девайс, подключенный к высокоскоростной сети. Ресурсоемкие задачи — вроде математических расчетов или современных игр — будут запускаться на удаленном сервере. Фактически за компьютер будет отрабатывать расположенный в далеком дата-центре суперкомпьютер. «Устройства станут “сосудом”, который наполняется технологиями», — считает главный редактор портала BGR Джонатан Геллер. Двусторонняя связь между серверным оборудованием и «донором» будет настроена через беспроводную связь. Одной из проблем такого подхода является недостаточно стабильная связь — особенно в отдаленных районах. При этом работающие примеры уже есть: стриминговый игровой сервис Google Stadia.

Плохое интернет-соединение пока что не позволяет полностью отказаться от физических накопителей и максимально облегчить комплектацию компьютера. Современные ПК полагаются на твердотельные накопители стандарта NVMe, которые обеспечивают высокую скорость чтения и записи. С развитием 5G и спутникового интернета доступ к сети будет постоянным, а облачные сервера окажутся основным способом хранения данных.

Узким местом в применении любых новых технологий в компьютерах аналитики называют низкий уровень автономности. Самые продвинутые ноутбуки могут работать на одном заряде менее суток, что делает их крайне зависимыми от стационарного источника питания. Ученые считают, что проблему можно будет решить с помощью суперконденсаторов, которые заменят классические батареи. Подобные элементы питания не только работают дольше, но и заряжаются значительнее быстрее. Ученые Университета Дьюка предсказывают появление подобных суперконденсаторов в ближайшие пять лет, что влечет за собой революцию в использовании любых нуждающихся в зарядке устройств — начиная с компьютера и заканчивая электромобилем.

Компьютеры будущего — История вычислительной техники

Компьютеры будущего

Оптические или фотонные вычисления — вычисления, которые производятся с помощью фотонов сгенерированых лазерами или диодами. Используя фотоны возможно достигнуть более высокую скорость передачи сигнала, чем у электронов, которые используются в обычных компьютерах.

Большинство разработчиков фокусируется на замене обычных(электронных) компонентов компьютера на оптические эквиваленты. Результатом чего станет цифровая компьютерная система для обработки двоичных данных. Такой подход дает возможность в краткосрочной перспективе разработать технологии для коммерческого применения, поскольку оптические компоненты могут быть внедрены в стандартные компьютеры, создавая гибрид технологий. Однако опто-электронные приборы теряют 30% энергии на конвертацию электронов в фотоны и обратно. Это также замедляет передачу информации. В полностью оптическом компьютере необходимость преобразование сигнала из оптического в электронный и обратно в оптический пропадает.

Квантовый компьютер — вычислительное устройство, работающее на основе квантовой механики. Квантовый компьютер принципиально отличается от классических компьютеров, работающих на основе классической механики.

Полноценный квантовый компьютер является пока гипотетическим устройством, сама возможность построения которого связана с серьёзным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов; эта работа лежит на переднем краесовременной физики. Ограниченные (до 512 кубитов) квантовые компьютеры уже построены^[1]. Элементы квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений на уже существующей приборной базе.

Молекулярные компьютеры — вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

Под молекулярным компьютером обычно понимают такие системы, которые используют отдельные молекулы в качестве элементов вычислительного тракта. В частности, молекулярный компьютер может представлять логические электрические цепи, составленные из отдельных молекул; транзисторы, управляемые одной молекулой, и т. п.

Также молекулярным компьютером могут назвать ДНК-компьютер, вычисления в котором соответствуют различным реакциям между фрагментами ДНК. От классических компьютеров такие отличаются тем, что химические реакции происходят сразу между множеством молекул независимо друг от друга.

Биокомпьютер — компьютер, который функционирует как живой организм или содержит биологические компоненты. Создание биокомпьютеров основываются на направлении в исследовании — молекулярные вычисления. В качестве вычислительных элементов используются белки и нуклеиновые кислоты, реагирующие друг с другом

6 Удивительные инновации для будущего вычислительной техники

По мере того, как транзисторы на основе кремния становятся настолько крошечными, что нарушают законы физики, технологии производства уже не могут за ними угнаться. Это сигнализирует о верхних пределах закона Мура, который утверждает, что количество транзисторов в микропроцессоре (и, следовательно, его вычислительная мощность) может удваиваться каждые два года. Но означает ли это, что эпоха экспоненциальных технологических изменений вот-вот закончится?

Абсолютно нет.

Закон Мура никогда не был непреложной истиной, как гравитация или закон сохранения энергии. Это было скорее самоисполняющееся пророчество: производители чипов возлагали на них надежды, и они оправдались. Это помогло разжечь ненасытную жажду мира к все большей и большей вычислительной мощности — и этот спрос не исчезнет только потому, что мы продвинули кремниевые микропроцессоры так далеко, как они могут. Так что теперь нам нужно исследовать новые способы упаковки большей мощности в еще более крошечные пространства.

Будущее вычислительной техники определяется транзисторами, изготовленными не из кремния, а из других материалов. Его усиливают подходы, которые не имеют ничего общего со скоростью транзисторов, такие как программное обеспечение для глубокого обучения и возможность краудсорсинга избыточной вычислительной мощности для создания распределенных суперкомпьютеров. Это может даже переопределить сами вычисления.

Вот некоторые вехи на новых рубежах вычислительной техники:

Транзисторы на основе графена: Графен — толщиной в один атом углерода и более проводящий, чем любой другой известный материал (см. Революция суперматериалов ) — можно свернуть в крошечные трубочки и объединить с другими двумерными материалами для перемещения электронов быстрее, в меньшем пространстве и с меньшими затратами. энергии, чем даже самый маленький кремниевый транзистор . Однако до недавнего времени производство нанотрубок было слишком грязным и подверженным ошибкам, чтобы быть коммерчески осуществимым. Однако в 2019 году группа исследователей Массачусетского технологического института разработала процесс создания 16-битного микропроцессора из углеродных нанотрубок, который успешно выполнял набор инструкций для печати сообщения, начинающегося со слов «Hello, World!». Этот процесс устранил достаточно дефектов в нанотрубках, чтобы их можно было перенести из лаборатории на завод менее чем за пять лет.

Квантовые вычисления: Даже самый мощный обычный компьютер может присвоить каждому биту только единицу или ноль. Квантовые вычисления, напротив, используют квантовые биты или кубиты, которые могут быть нулем, единицей, и тем, и другим одновременно, или какой-то промежуточной точкой одновременно. (Да, сгибание мозга, но см. удивительно понятное объяснение WIRED .) Нынешние квантовые компьютеры громкие и ненадежные, но в следующие 10 или 20 лет они смогут помочь нам разрабатывать новые материалы и химические соединения и создавать невзламываемые каналы связи для защиты всего, от финансовых транзакций до передвижения войск.

Хранение данных ДНК: Преобразуйте данные в основание 4, и вы сможете закодировать их на синтетической ДНК. Почему мы хотим это сделать? Просто: мы уже знаем, как секвенировать (читать), синтезировать (записывать) и копировать ДНК. Небольшая его часть хранит много информации; некоторые исследователи считают, что мы могли бы удовлетворить все потребности мира в хранении данных в течение года с кубическим метром порошкообразного e. ДНК коли. И он удивительно стабилен, как доказали ученые, которые успешно использовали фрагмент кости для реконструкции генома пещерного медведя, умершего 300 000 лет назад. Хранение данных на основе ДНК как услуга (потому что вы, вероятно, не собираетесь инвестировать в свои собственные инструменты редактирования генов) может появиться всего через несколько лет.

Нейроморфная технология: Целью этой технологии является создание компьютера, который имитирует архитектуру человеческого мозга, чтобы достичь человеческого уровня решения проблем — и, возможно, даже познания в какой-то момент — при этом потребуются сотни тысяч раз меньше энергии, чем традиционный транзистор. Мы еще не достигли этого, но в начале 2020 года Intel выпустила новый сервер на основе нейроморфных чипов, который, как утверждается, обладает примерно такими же нейронными возможностями, как мозг маленького млекопитающего. И в разработке, которая когда-то была бы научной фантастикой, международная группа исследователей связала искусственные и биологические нейроны, чтобы общаться как биологическая нервная система, но которая использует интернет-протоколы.

Оптические вычисления: Возможность вычислений с использованием фотонов, т. е. сопоставление данных с уровнями интенсивности света, а затем изменение интенсивности света для выполнения расчетов, все еще находится на самых ранних стадиях, но может обеспечить высокую эффективность и низкое обработка электроэнергии и передача данных. Оптические вычисления в наномасштабе были бы возможны буквально со скоростью света.

Распределенные вычисления: Каждый компьютер, который находится в режиме ожидания или не работает на полную мощность, имеет вычислительные циклы, которые можно использовать для других целей. Клиент, работающий в фоновом режиме, позволяет этому компьютеру загружать рабочие нагрузки с удаленного сервера, выполнять вычисления локально и загружать результаты обратно на сервер. Текущая вершина этой распределенной модели — Folding@home, которая моделирует белковые молекулы для поиска лекарств от таких болезней, как болезнь Альцгеймера, рак и, совсем недавно, COVID-19.. Сейчас у проекта почти 750 000 участников и совокупная мощность в 1,5 экзафлопса — то есть возможность выполнять квинтиллион вычислений в секунду. Это 75% от предполагаемой скорости суперкомпьютера El Capitan, который, как ожидается, станет самым быстрым в мире, когда выйдет в 2023 году. . Вряд ли она перестанет быть движущей силой современной жизни. Его влияние будет только возрастать по мере того, как новые вычислительные технологии выталкивают робототехнику, искусственный интеллект, интерфейсы между машиной и человеком, нанотехнологии и другие потрясающие мир достижения за сегодняшние общепринятые пределы.

Короче говоря, экспоненциальный рост вычислительной техники не может продолжаться вечно, но его конец все еще намного дальше, чем мы думаем.

История и будущее компьютеров

Сегодня мы не можем представить мир без компьютеров. Везде, где мы видим, компьютеры обеспечивают эффективность операций, быстрые транзакции и возможность хранить неограниченное количество данных. Компьютеры в повседневных вещах, которые мы используем. В смартфонах, гаджетах, игрушках, самолетах и многом другом. В торговых центрах, кинотеатрах, спортзалах, ресторанах, отелях компьютеры повсюду. Настольные персональные компьютеры, ноутбуки, планшеты есть в каждом доме. Но компьютеры, когда они только появились, были не такими, как сегодня. На их развитие ушли годы, и каждое десятилетие происходило совершенствование вычислительных технологий. Давайте посмотрим, как компьютеры развивались на протяжении истории, а также что ждет их в будущем.

Компьютеры первого поколения

Компьютеры на начальном этапе широко назывались компьютерами первого поколения. Период с 1940 по 1956 год был периодом, когда компьютеры были очень большими. Они были настолько большими, что раньше приводились в движение паровыми двигателями. Магнитные барабаны использовались для хранения памяти, а электронные лампы использовались в качестве переключателей и усилителей. Эти компьютеры производили огромное количество тепла, и они сильно нагревались таким образом, что для их охлаждения использовались кулеры. Эти компьютеры первого поколения использовали машинный язык, который был очень простым языком программирования.

Рекомендуем для вас: Самые известные компьютерные вирусы в нашей истории.

Компьютеры второго поколения

Период с 1956 по 1963 год был периодом развития компьютеров второго поколения. Вместо электронных ламп стали использовать транзисторы, и эти компьютеры также потребляли меньше электроэнергии. Эти компьютеры производили меньше тепла и были быстрее, чем более ранние компьютеры. В дополнение к магнитному хранилищу эти компьютеры также использовали основную память для хранения данных. Эти компьютеры были меньше по размеру и работали лучше, чем предыдущие компьютеры.

Компьютеры третьего поколения

Компьютеры, разработанные в период с 1964 по 1971 год, имели определенное улучшение с точки зрения скорости и хранения данных. Даже по размеру они были намного меньше, чем более ранние компьютеры. Полупроводниковые чипы или интегральные схемы сделали эти компьютеры намного быстрее. Эти компьютеры впервые использовали клавиатуру и мышь для взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением компьютеров.

Компьютеры четвертого поколения

Период с 1971 по 2010 год был компьютерами четвертого поколения. Персональные компьютеры или ПК, такие как Altair 8800, впервые появились на рынке. Хотя их нужно было собрать, прежде чем их можно было использовать, эти компьютеры поставлялись с мощными процессорами. Они питались от схемных микросхем, оснащенных миллионами транзисторов. В результате первым действительно мощным чипом стал чип Intel 4004, который представлял собой разновидность микропроцессора.

В 70-х и 80-х годах были разработаны предварительно собранные компьютеры для личного домашнего использования. Такие компьютеры, как Commodore Pet и Apple II, проникли в каждый дом. В этот период также был разработан первый персональный компьютер IBM. Но когда эти компьютеры были подключены к сети, это дало начало Интернету. Компьютеры становились все меньше и меньше, и появились портативные устройства. Компьютерная память, хранение данных значительно улучшились. Этот компьютер четвертого поколения использовал графический интерфейс пользователя (GUI) в качестве режима визуальной интерактивности.

Компьютеры пятого поколения

По мере стремительного развития компьютерных технологий в компьютерных технологиях происходит все больше и больше улучшений. Еще не время определять, как будет выглядеть будущее компьютеров. На каждом этапе компьютерных технологий происходит динамичное развитие. В такое время, когда квантовые технологии, искусственный интеллект, нанотехнологии проникают в создание компьютеров, этот период просто даст представление о том, что ждет компьютеры и вычислительную мощность в будущем.

Будущее компьютеров

Компьютеры будущего могут развивать собственный интеллект. Но тем не менее, именно люди будут управлять ими. Будущий сценарий может удивительно сильно отличаться от сегодняшнего. Компьютеры могут вообще не отображаться. Мы можем нести это в нашей коже. Возможно, они даже поместятся в наших карманах, и мы будем носить их как наручные часы.

По мере развития роботизированных систем развиваются и компьютеры, которые все глубже проникают в нашу повседневную жизнь и позволяют нам вести более роскошную жизнь. Но хотя это может показаться слишком далекой мечтой, это вовсе не так далеко. Разработки в различных областях науки, техники и биотехнологии также существенно повлияли на компьютеры.

Так называемые компьютеры пятого поколения могут быть небольшими и интегрированными с электронными системами в нашем доме, так что один компьютер управляет всеми устройствами. Он уже показывает нам признаки, и мы видим его в действии сегодня. Различные технологии, которые могут предложить компьютерам будущего безграничные возможности для человечества.

Интернет вещей (IoT)

Мы не за горами, когда сможем включить кондиционер в вашем доме или выключить телевизор, сидя в удаленном месте. Именно это обещает нам Интернет вещей (IoT). И это то, что будет управлять будущими компьютерами. В будущем компьютеры могут соединяться и общаться друг с другом так, как никто и представить себе не мог.

Компьютер начнет обмениваться данными и подключаться к сети с физическими устройствами, такими как автомобили, обогреватели или кофеварки. Возможны и более продвинутые применения, такие как нефтяные вышки, самолеты и т. д. Когда компьютеры и устройства оснащены программным обеспечением и оба передают данные друг другу, они становятся достаточно «интеллектуальными», чтобы «думать» и действовать соответственно. Города, школы, больницы могут извлечь выгоду из этой умопомрачительной связи между компьютерами, и все станет более эффективным. Велосипед запустится сам, когда он подключится к вашим часам. Или духовка будет знать, когда пора прекращать приготовление пищи. Дома станут умнее. Интернет вещей — это реалистичное будущее компьютерных технологий.

Вам может понравиться: Эволюция DevOps: краткая история от идеи до обязательного ИТ-решения.

Квантовые компьютеры

Квантовые вычисления произведут поистине выдающуюся революцию в компьютерах. Это будет применять принципы квантовой механики и измерять данные не в битах, а в кубитах. Квантовые вычисления изменят представление о компьютерах и предоставят им безграничные возможности. Представьте себе ученого, проводящего виртуальное экспериментирование вместо того, чтобы использовать какие-либо твердые физические материалы. Или инженер, проектирующий модель автомобиля, фактически не используя никаких инструментов. Когда компьютер оснащен технологией квантовых вычислений, он будет использовать физическую материю, такую как субатомные частицы, такие как фотоны и электроны, для выполнения сложной обработки. Данные будут существовать в нескольких состояниях, и компьютер будет делать миллиарды копий вычислений, которые также будут существовать в разных состояниях. Квантовые вычисления — это будущее компьютеров, которые откроют безграничные возможности для всех.

Виртуализация рабочего стола

Компьютеры станут не только более мощными, но и виртуальными. Офисы и рабочие места станут цифровыми, и пользователям будет предложено использовать их виртуально. Виртуализация рабочих столов — это технология, которая расширит масштабы и позволит организациям объединять свои ресурсы с другими с глобальной точки зрения.

Виртуализация рабочего стола, в самом простом смысле, — это способ сделать компьютер доступным из любого места и для всех. Удаленные пользователи могут подключаться к компьютеру из любого уголка земли и управлять им виртуально. Рабочие столы станут виртуальными, чтобы их можно было подключить к сети. Операционные системы и приложения будут размещены на облачном сервере, и пользователи смогут получить к ним доступ из любого места. Любой компьютер, ноутбук, смартфон, планшет может стать виртуальным и вести себя как виртуальный рабочий стол. Эта технология виртуализации рабочих столов объединяет ресурсы, которые легко подключаются к множеству платформ и делают данные более безопасными и защищенными.

Биокомпьютеры

Представьте себе, что вы проглатываете компьютер, как лекарственную таблетку. Или вживление чипа в наши руки, чтобы он мог отслеживать наше тело на наличие аномальных клеток ДНК. Возможность такого сценария — не вымысел, а реальность, которая ждет своего часа. Биокомпьютеры в конечном итоге будут наиболее полезны в области медицины и биотехнологии.

Компьютеры будущего будут меньше пряди волос и смогут выполнять несколько миллиардов операций в секунду. Это будет большим толчком для компьютеров. Когда в компьютерах появятся биологические и органические элементы, которые будут запускать процессы и хранить данные, такие биокомпьютеры будут более мощными, чем сегодняшние микрочипы. Биокомпьютеры не просто предложат огромную вычислительную мощность, они смогут учиться сами по себе и обнаруживать аномалии и плохо структурированную ДНК. В будущем у него будет очень много приложений.

Искусственный интеллект

Сегодня мы уже видим ИИ (искусственный интеллект) в действии в компьютерах. Но это постоянно развивающаяся технология, которая сделает компьютеры более «умными». ИИ сильно повлияет на компьютеры в будущем. Промышленность, больницы, услуги, производство, образование, сельское хозяйство — все это сильно изменится, когда компьютеры будут работать на основе искусственного интеллекта. Компьютеры придадут автоматизации новый смысл благодаря искусственному интеллекту. Роботы будут обслуживать вашу посуду, мыть машину или делать ваш дом более безопасным. Компьютеры будущего будут иметь искусственный интеллект, встроенный в их программное обеспечение. Он не только предложит автоматизацию одним щелчком мыши, но и повысит эффективность работы машин и людей. Искусственный интеллект — это будущее компьютеров, которое изменит то, как мы делаем покупки, совершаем платежи, производим товары, предлагаем услуги и во всех аспектах жизни.

Оптические компьютеры

Будущее вычислительной техники динамично развивается на каждом этапе научного прогресса. Но в будущем компьютеры могут использовать свет для молниеносного ускорения процессов. Фотоны можно было бы использовать и контролировать с помощью искусственных частиц. Когда эти фотоны будут использоваться в компьютерах для обработки информации, это может стать событием, которое расширит самые горизонты вычислительных технологий будущего. Свет, будучи самой быстрой вещью, известной во Вселенной, может предложить свои возможности компьютерам будущего. Оптические компьютеры могут показаться отдаленной возможностью, но сегодня ученые и технологи все чаще пытаются найти способы их использования в компьютерах будущего.