Как будут выглядеть и работать компьютеры будущего, рассказал новосибирский ученый

В феврале 2016 года в одном из самых авторитетных научных журналов в области физики Physics Reports была опубликована статья «Электрические свойства оксида гафния», авторами которой стали кандидат физико-математических наук Дамир Исламов и двое его коллег из ИФП СО РАН.

– Наша исследовательская группа занимается изучением оптических и электрических свойств диэлектриков, например, оксида гафния и других металлов, – рассказывает учёный из Института физики полупроводников СО РАН, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук, бердчанин Дамир Исламов. – По некоторым параметрам они превосходят классический для микроэлектроники диэлектрик – оксид кремния, который используется во всех микросхемах по нынешний день.

– С 2009 года корпорация Intel в своих процессорах использует оксид гафния вместо оксида кремния, что позволило уменьшить размеры и увеличить скорость изделий. Это вывело компанию в монополисты на рынке современных микропроцессоров, – подчеркнул Дамир. – Кроме того, современные диэлектрики используются в оптических приборах, а оксид циркония – в стоматологии при изготовлении керамических коронок или в ювелирном деле: в виде кристаллов под названием фианит.

– В последние несколько лет мы с коллегами продолжили изучение свойств диэлектриков, но уже в разрезе новой темы — создания нейроморфных систем, то есть систем, имитирующих работу головного мозга, – продолжает Дамир Исламов. – Дело в том, что современные диэлектрики являются основным компонентом такого элемента, как мемристор. Он же, в свою очередь, может стать основой для машин, обладающих искусственным интеллектом.

В 2013 году команда учёных из Японии опубликовала результаты изучения свойств микротрубочек белка тубулина, которые предположительно отвечают за функцию памяти в нейроне. При этом оказалось, что мемристор обладает одной схожей с ними характеристикой, и это дало учёным надежду на то, что его можно использовать в приборах для нейроморфных вычислений.

Мышь Asus rog gladius ii origin – это еще один шаг на пути к созданию идеального игрового контроллера. Оснащенная высокоточным оптическим сенсором (12 000 точек на дюйм) и кнопкой кратковременного переключения чувствительности при прицеливании, она идеально подходит для всех шутеров, где требуется точная стрельба. Дополнительную изюминку этому устройству придает светодиодная подсветка.

Секрет в архитектуре

Проблема создания искусственного интеллекта интересовала людей задолго по появления первых вычислительных машин. Но до сих пор человеческий мозг справляется со многими задачами гораздо эффективнее, чем любой суперкомпьютер. А секрет заключается в … архитектуре.

Все современные компьютеры построены так, что вычислитель и область хранения данных разделены между собой. В мозге же вычисления и хранение информации производятся в одном месте, это даёт фору в скорости, энергозатратах, объёмах обрабатываемой информации.

До сих пор ни одна система не умеет распознавать зрительные и звуковые образы с тем же успехом, что живой мозг.

– Распознавание — это процесс, связанный с поиском информации в базе данных, сравнении увиденного образа с уже знакомыми, определении общих и отличительных черт и так далее, – объясняет учёный. – Например, человек может отличить сову от филина, а компьютер зачастую сов путает с котами. Прогресс в этой области послужит целям безопасности: допустим, системы видеонаблюдения смогут обнаруживать преступников, находя их лица в толпе.

Есть и другие сферы применения нейроморфных систем. Например, оптимизация процессов, классическим примером которых может послужить поиск кратчайших путей выхода из лабиринта. Для вооружённых сил и спасателей приоритетной задачей является разработка и создание автономных роботов, которых можно использовать в опасных операциях на значительном удалении от оператора. Для этого робот должен уметь самостоятельно и быстро принимать решения в «элементарных» для человеческого мозга случаях.

Память нового поколения

В ближайшем будущем компьютеры полностью преобразятся. От них могут остаться, по сути, только монитор и клавиатура, а, может, и они окажутся заменены новыми приборами для взаимодействия с человеком. Это станет возможным благодаря принципиально новым запоминающим устройствам на основе мемристоров.

– Представьте себе, поработали вы дома на компьютере, вытащили из него маленькую флешку и отправились в офис. Там воткнули её в другое устройство и продолжили работать ровно с того же самого места, где остановились, – рисует картинку Дамир Исламов. – Не нужно загружать операционную систему и даже сохранять записанное. Все действия будут проходить мгновенно. И всё это — с помощью резистивной памяти.

Сейчас мы используем флеш-память. К слову, группа сотрудников из нашего института почти десять лет занималась разработками в этой области по заказу компании Samsung, лидера рынка. После окончания контракта исследователи стали трудиться на благо отечественной науки и переключились на разработку энергонезависимой памяти нового поколения — резистивную, которая способна совершить революцию в микроэлектронике.

– Вообще, отрасль микроэлектроники в России понемногу оживает, постепенно восстанавливается цепочка между научно-исследовательскими институтами и промышленными предприятиями. Мы сотрудничаем с заводом «Микрон» в Зеленограде, «Востоком» в Новосибирске.

В нашей стране уже созданы прототипы матриц резистивной памяти, которые найдут самое широкое применение, заменив нынешние «флешки». Также потенциальная сфера их использования — космическая промышленность, а именно оснащение летательных аппаратов – спутников, орбитальных станций, – заключил Дамир Исламов.

 Машины, обладающие интеллектом наподобие человеческого, сегодня стали популярными персонажами фантастических фильмов и книг. Правда, чаще всего из безропотных помощников человека они превращаются в его безжалостных врагов.

К счастью, это пока только кино. А вот память нового поколения — неэнергозависимая — уже ближайшее будущее наших компьютеров.

Словарь

• Диэлектрик (изолятор) — вещество, среда, материал, практически не проводящие электрический ток. К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стекло, различные смолы, пластмассы.
• Мемристор — элемент в микроэлектронике, который способен запоминать, какое количество заряда, какой ток или напряжение по нему проходило в прошлом, и от этого изменять своё сопротивление.