Мегатех. Технологии и общество 2050 года в прогнозах ученых и писателей

Однако чтобы вычислительные мощности продолжали расти так, как мы привыкли, понадобится нечто более радикальное. Одна из идей решения этой проблемы заключается в попытке сохранить закон Мура путем его переноса в третье измерение. Современные чипы, по своей сути, плоские. Но исследователи уже пробуют сделать микросхемы, в которых компоненты уложены друг на друга. Даже если площадь таких чипов перестанет уменьшаться, наращивание слоев позволит дизайнерам продолжать набивать в них больше компонентов, точно так же, как на одной площади фундамента в высотных домах могут поселиться больше людей, чем в малоэтажных.

Первые такие устройства уже выходят на рынок: крупный южнокорейский производитель микроэлектроники Samsung продает накопители, реализованные на многослойных схемах памяти. Перспективы этой технологии весьма многообещающи. В современных компьютерах память смонтирована в нескольких сантиметрах от процессоров. При нынешних скоростях сантиметр — это очень долгий путь, означающий значительные задержки при обработке данных. 3D-чипам удалось устранить эту проблему: слои логики обработки в них расположены между слоями памяти. IBM считает, что 3D-микросхемы могут позволить разработчикам сжать суперкомпьютер, сегодня заполняющий целое здание, до объема коробки для обуви.

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.