Но чтобы заставить его работать, потребуются кардинальные изменения конструкции. Современные чипы уже и так сильно греются, требуя для охлаждения больших радиаторов и вентиляторов. С трехмерной микросхемой будет еще хуже, поскольку доступная для удаления тепла площадь поверхности будет увеличиваться гораздо медленнее генерирующего тепло объема. По той же причине на такую микросхему трудно подавать нужные количества электроэнергии и данных для обработки. Поэтому суперкомпьютер IBM размером с обувную коробку потребует жидкостного охлаждения. В каждом чипе будут проложены микроскопические каналы, что позволит охлаждающей жидкости течь внутри него. Вместе с тем в компании считают, что хладагент может заодно выполнять функцию источника питания. Идея заключается в том, чтобы использовать его в проточной батарее в качестве электролита, в которой последний протекает мимо неподвижных электродов.
Существуют и более экзотические задумки. Квантовые вычисления предлагают использовать трудные для понимания законы квантовой механики для построения машин, способных решать определенные типы математических задач гораздо быстрее любого обычного компьютера, каким бы быстрым или высокотехнологичным он бы ни был (хотя для многих других задач квантовая машина не даст никаких преимуществ). Их самое известное применение — взлом некоторых криптографических кодов. Но наиболее важны они для точного моделирования квантовых явлений в химии. Эта проблема имеет тысячи вариантов применения в промышленном производстве и других отраслях человеческой деятельности, но для обычных машин она почти неразрешима.
Десятилетие назад квантовые вычисления ограничивались теоретическими исследованиями в университетах. В наши дни в подобные технологии вкладывают деньги несколько крупных компаний, в том числе Microsoft, IBM и Google, поскольку, по их прогнозам, квантовые чипы станут доступны в течение следующего десятилетия или двух (хотя на самом деле любой, кто интересуется этим вопросом, уже может поиграть с одной из таких микросхем IBM удаленно, программируя его через Интернет). А канадская фирма D-Wave уже продает квантовый компьютер с ограниченным функционалом: он может выполнять всего одну математическую функцию. Впрочем, до сих пор не ясно, действительно ли эта конкретная машина быстрее неквантовой модели.
Как и 3D-чипы, квантовые компьютеры нуждаются в специализированных уходе и питании. Для работы такого устройства оно должно быть полностью изолировано от внешнего мира. Его следует охлаждать жидким гелием, температура которого лишь чуть выше абсолютного нуля. Наконец, такой компьютер нуждается в сложном экранировании, ибо даже самый маленький импульс тепла или случайная электромагнитная волна могут разрушить тонкие квантовые состояния таких машин.
Исчезая из вида
Каждое из этих перспективных улучшений, однако, имеет ограничения: либо выгода будет разовой, либо окажется применимой только к определенным видам расчетов. Мощь закона Мура заключалась в том, что все улучшения происходили с удивительной регулярностью. В будущем прогресс будет более бессистемным, непредсказуемым и чреватым ошибками. И, в отличие от прежних славных дней, непонятно, насколько серьезно он затронет потребительские товары. В конце концов, мало кто согласился бы иметь криогенно охлаждаемый квантовый ПК или смартфон. То же касается и жидкостного охлаждения — много весит, грязно, сложно. Даже построением специализированного кристалла для конкретной задачи стоит заниматься лишь в том случае, если он будет использоваться регулярно.
При этом все три технологии будут хорошо работать в центрах обработки данных, где помогут стартовать еще одному крупному тренду нескольких ближайших десятилетий. Традиционно компьютер представляет собой большую или меньшую коробку на вашем столе или у вас в кармане. В будущем все более широко распространяющееся подключение к Интернету и сети мобильной связи позволит спрятать вычислительные мощности в центрах обработки данных, при этом клиенты будут использовать ее в том виде, в каком она им нужна. Другими словами, вычислительная мощность станет предоставляемой по требованию услугой, как сегодня электричество или вода.
Возможность убрать аппаратное обеспечение, выполняющее всю вычислительную работу, из куска пластика, с которым обычно работают пользователи, известна как «облачные вычисления». Они станут одним из самых важных для компьютерной промышленности способов нивелировать последствия краха закона Мура. В отличие от смартфона или ПК, которые могут увеличиваться лишь до определенной величины, центры обработки данных можно сделать более мощными, просто построив их большими. По мере роста мирового спроса на вычисления все возрастающая их доля будет происходить на удаленных площадях, расположенных в сотнях миль от пользователей.
И этот процесс уже начался. Возьмите приложение Siri — голосовой персональный помощник, созданный компанией Apple. Декодирование человеческой речи и намерений, скрытых за инструкциями вроде «Сири, найди мне какой-нибудь индийский ресторан», требует большей вычислительной мощности, чем доступна iPhone. Вместо этого смартфон просто записывает голос своего пользователя и передает информацию на более мощный компьютер в одном из центров Apple по обработки данных. Выбрав подходящий ответ, тот отправляет информацию обратно на iPhone.
Подобная модель может использоваться не только для смартфонов. Чипы уже пробрались в вещи, обычно не воспринимаемые в качестве компьютеров — от автомобилей до медицинских имплантатов, телевизоров и чайников. И процесс не стоит на месте. Этот тренд лежит в основе «Интернета вещей» (IoT), идея которого заключается в компьютеризации почти каждого мыслимого объекта. Умная одежда будет использовать домашнюю сеть, чтобы подсказать стиральной машине, какие настройки следует использовать; умные тротуарные плиты станут контролировать пешеходный трафик в городах и предоставлять правительствам подробные карты загрязнения воздуха. Еще раз: проблески будущего видны уже сегодня. Например, инженеры таких фирм, как «Роллс-Ройс», уже сегодня могут отслеживать десятки показателей конкретных реактивных двигателей в полете. Созданы умные домашние устройства, позволяющие их владельцам с помощью смартфона контролировать все — от освещения до кухонных приборов.
Но чтобы IoT полностью реализовал свой потенциал, потребуется каким-то образом осмыслить бурные потоки данных, которые будут производить миллиарды IoT-чипов — сами они с этим не справятся. К примеру, микросхема, встроенная в умную тротуарную плиту, должна быть как можно более дешевой и очень маломощной. Поскольку подключение тротуаров к электрической сети нецелесообразно, такие микросхемы должны будут получать энергию от тепла окружающей среды, движения пешеходов или даже от окружающего электромагнитного излучения.
За гранью Мура
[4]
Когда закон Мура перестанет работать, определение понятия «лучше» изменится. Помимо описанных выше, существует масса иных многообещающих идей. Например, много усилий будет направлено на повышение энергоэффективности компьютеров. Это имеет значение по нескольким причинам. Потребители хотят, чтобы батареи в их смартфонах дольше держали заряд. IoT потребуется установка компьютеров в таких местах, где электрическая сеть недоступна. Наконец, количество вычислений достигло такого уровня, что потребляет уже около 2 % произведенной в мире электроэнергии.
