10 мб за $3398… вот время было 8)

За последние 25 лет компьютеры эволюционировали от экзотических инструментов для научных исследований стоимостью несколько миллионов долларов до предмета бытовой электроники. Развитие Интернета позволило получить дешевый доступ к всемирным информационным и коммуникационным ресурсам в каждом доме. Вместе оба этих явления существенно повлияли на практически все аспекты нашего общества. Они уже произвели революцию в том, как люди работают, делают покупки и общаются, и теперь ведут к появлению совершенно новых отраслей промышленности.

Обе технологии — ПК и Интернет, все еще продолжают быстро эволюционировать. Однако следующий прорыв информационных технологий следует ожидать с другой стороны: мобильные компьютеры и сети. Сегодня средний субноутбук весом 1 кг, размером А5, оснащенный беспроводным модемом PCMCIA может предложить практически всю функциональность традиционного ПК. Простой вычислительный функционал и рудиментарные возможности доступа к Сети также могут быть получены от карманных компьютеров и личных цифровых помощников, которые тоже легко помещаются в кармане. Многие производители мобильных телефонов встраивают такие функции и в свои телефоны.

Куда ведет эта тенденция? Один из наиболее очевидных ответов — носимые вычислительные системы. Их образ заключается в том, что они будут не просто машинами, которые мы кладем в карман, планируя поработать в дороге — они станут неотъемлемой частью нашего каждодневного снаряжения (т.е. носимыми), всегда в рабочем состоянии, готовые помочь в различных ситуациях. Представьте туриста, прибывающего в незнакомый город. Как только он покидает поезд, его носимый компьютер связывается с местным туристическим агентством и составляет список ближайших отелей. Затем он показывает дорогу к выбранному отелю. При помощи сквозного дисплея в солнцезащитных очках указатели направления движения встраиваются в картину реального мира, которую видит турист. На этом же дисплее отображается информация о достопримечательностях и ресторанах, которые встречаются по пути к отелю. При этом компьютер сообщает пользователю о каких-либо местных традициях или опасностях, которые следует знать (например: «Осторожнее в этом районе после наступления темноты»).

Похоже на научную фантастику, но это одно из направлений использования носимых вычислительных систем, которые изучаются сегодня. Первые результаты исследований в этой области указывают на то, что носимые системы вполне могут стать следующим этапом компьютерной революции. «Носимая революция» может изменить нашу жизнь точно так же, как ее изменило появление ПК и Интернета. Но прежде чем это случится, носимые системы должны преодолеть кое-какие недостатки, которые на данный момент не позволяют им получить широкого распространения. В этой связи было запущено несколько промышленных и академических проектов по исследованию носимых систем, включая проекты МТИ, Беркли, Стэнфорда, технологического института Джорджии и Университета Карнеги-Меллона. По этой же причине появилась Лаборатория носимых вычислительных систем. Лаборатория намеревается использовать весь опыт, накопленный Швейцарским государственным технологическим институтом в области микросистем, компоновки электронных схем, компьютерной архитектуры и распознавания изображений, чтобы разработать гибкую миниатюрную носимую компьютерную платформу. Лаборатория будет вести работу в сотрудничестве с промышленностью и другими исследовательскими группами, включая такие как MIT Media Lab и Georgia Tech.

Короткая история носимых вычислительных систем

Идея носимых компьютеров может быть отнесена к рулеточному компьютеру, который О. Торп (O. Thorp) и К. Шеннон (C. Shannon) разработали приблизительно в 1960 г. Система представляла собой аналоговый компьютер размером с сигаретную пачку, и имела 4 кнопки. При помощи кнопок оператор указывал скорость рулетки, после чего компьютер посылал радиосигнал на слуховой аппарат игрока. Эту систему можно было носить под обычной одеждой, и она была испытана в казино, показав повышение шанса выигрыша на величину до 44 процентов. В течение последующих лет носимые компьютеры оставались в рамках нескольких экзотических проектов и идей, как например жилет для слепых, преобразующий сигнал видеокамеры в тактильные ощущения, и компьютер, переносимый в рюкзаке, для управления фотографическим оборудованием. Только в 90-х годах с прогрессом в области миниатюризации и широким распространением беспроводных средств связи носимые вычислительные системы стали серьезной областью исследований. В это время был разработан образ этих систем и создан ряд рабочих экземпляров: система VuMan Университета Карнеги-Меллона для просмотра и поиска чертежей при производстве ремонтных работ, машина-гид для туристов Columbia Touring Machine и несколько машин от МТИ.

Несмотря на достигнутые результаты, сегодня носимые компьютеры можно описать как «очень захватывающую область, находящуюся в стадии становления». В частности, между образом и реальностью носимых систем все еще существует огромная разница. Даже самые простые из них слишком громоздки для того, чтобы получить широкое распространение и использоваться повсеместно. Для выполнения более сложных задач требуются компоненты весом несколько килограммов, соединенные с пользователем метрами кабеля, либо нуждающиеся в большом стационарном сервере.

Образ носимых вычислительных систем

Носимый компьютер зачастую описывается как система, которая:

• незаметна настолько, что может быть встроена в одежду пользователя
• может переноситься, находясь при этом в рабочем состоянии и будучи все время включенной
• обладает пользовательским интерфейсом, не требующим или почти не требующим участия рук
• способна дополнить восприятие реальности пользователем (например, совместить компьютерное изображение с пользовательским видом окружающего мира при помощи сквозного дисплея)
• может производить контекстное обнаружение окружающей среды (знает, что делает пользователь, и что происходит вокруг него), и
• может действовать от лица пользователя даже без его ведома, и привлекать его внимание, когда требуется.

Вышеперечисленные качества позволяют носимому компьютеру помогать людям при решении различных задач, требующих интенсивного взаимодействия с окружающей средой в реальном времени. Таки задачи возникают при производстве ремонтных работ, поисковых и спасательных операциях, хирургических операциях, в процессе охранного наблюдения, в образовательной деятельности, а также во время отдыха, например при игре в гольф или катании на лыжах. Система может помочь пользователю в трех основных областях: (1) расширенное восприятие через массив сенсоров и процессоров для обработки сигналов, (2) коммуникационные возможности и (3) доступ к базам данных и вычислительным мощностям в реальном времени. Примеры использования:

Ремонтные работы: ремонтнику приходится иметь дело с широким диапазоном систем, со многими из которых он работает достаточно редко. Таким образом, он не может быть специалистом по всем системам, и не может носить с собой всю необходимую документацию. Носимый компьютер помог бы ему получить доступ к документации онлайн. При этом он мог бы просматривать техническое руководство во время работы с помощью сквозного дисплея, размещенного на голове. Он бы также мог устроить видеоконференцию с другим специалистом, позволив ему видеть картинку, транслируемую камерой, встроенной в его носимый компьютер.

Поисково-спасательные работы: носимый компьютер мог бы позволить члену спасательной команды произвести комбинированное визуальное, инфракрасное и акустическое сканирование зоны бедствия, и наложить результаты на измерения, полученные другими членами команды, а затем отправить данные для анализа в экспертной системе. Экспертная система укажет наиболее вероятные точки нахождения под развалинами уцелевших людей и оптимальные пути, чтобы до них добраться. Продвинутый пользовательский интерфейс позволит спасателю определить зону для сканирования простым указанием пальца, отдавать команды можно будет голосом или жестами, а возможное местонахождение уцелевших будет встроено в вид зоны через сквозной дисплей, размещенный на голове.

Хирургия: представьте, если бы хирург мог фактически заглянуть внутрь пациента во время операции. Это будет возможно, если соединить носимый компьютер с ультразвуковым сканером. При помощи сквозного дисплея, встроенного в очки хирурга, реальный вид может быть совмещен с картинкой из сканера. Система также может отображать дополнительную информацию, извещая хирурга о состоянии пациента во время операции.

Образование: преподавание в контексте взаимодействия с окружающим миром в реальном времени (например, управление сложными механизмами, либо спортивные игры), как правило, состоит из двух частей: теоретическое объяснение и практическое упражнение. Часто бывает так, что к тому времени, как учащийся доходит до практической части, он забывает большинство теоретических инструкций. Носимый компьютер поможет это исправить. Посредством сквозного дисплея он бы мог показывать инструкции во время практического упражнения. Соответствующие сенсоры могут корректировать ошибки учащегося в реальном времени и даже помешают ему нанести случайный урон.

Реальность носимых вычислительных систем

Области применения, описанные в предыдущем абзаце, требуют, чтобы носимая система обладала пользовательским интерфейсом, который был бы легким в использовании и практически не требовал участия рук. Также понадобится сквозной дисплей в виде очков, чтобы вывод компьютера мог накладываться на вид окружающей среды пользователя. Система должна быть оснащена массивом сенсоров, собирающих контекстную информацию об окружающем мире и деятельности пользователя, и высокопроизводительным беспроводным сетевым интерфейсом для доступа в Интернет и телеконференций.

Сегодня реализация всех этих функций в машине столь компактной, чтобы ее можно было носить как обычную одежду — невозможна. Лучшее, что может быть достигнуто — это носимые системы для выполнения узких простых задач. Такое ограничение означает, что система будет иметь лишь некоторые из функций, перечисленных в предыдущем абзаце: не будет сквозного дисплея, дополняющего реальность; сенсоров, предоставляющих контекстную осведомленность, либо не будет совсем, либо их будет немного; а пользовательский интерфейс либо будет ограниченным, либо не будет функционировать без участия рук. Даже с такими ограничениями для системы требуется рюкзак среднего размера или пояс для переноски компьютера и аккумуляторов. Головной дисплей, если и есть, то напоминает легкий шлем, и при этом по телу пользователя тянутся многочисленные кабели.

В качестве удачных примеров подобных систем можно привести коммерческие «носимые» системы Symbol WSS 1000 и Xybernaut. Система Symbol разрабатывалась для работы с посылками Единой Посылочной Службы. Она состоит из компьютера на базе DOS, размещенного на запястье, с ЖК-дисплеем и маленькой клавиатурой; устройства для считывания штрихового кода, надеваемого на палец; и беспроводного LAN-интерфейса.

От образа к реальности: что предстоит

Основные направления на пути к истинно носимому компьютеру:

• пригодные миниатюрные устройства ввода
• незаметные сквозные дисплеи высокого разрешения с низким энергопотреблением
• адекватный пользовательский интерфейс для приложений, дополняющих реальность
• компактная вычислительная система с низким энергопотреблением, которая может справиться с высокой нагрузкой по обработке сигналов и графики
• миниатюрные сенсоры
• беспроводная сетевая технология для соединения компонентов системы, распределенных по телу пользователя (телесная сеть).

Для решения этих проблем необходимо ответить на инженерные и научные вопросы в пяти широких областях: (1) миниатюризация комплексных электрооптомеханических систем, (2) высокопроизводительные электронные схемы и их компоновка, (3) компьютерная архитектура, (4) распознавание изображений и отслеживание объектов, и (5) человеческий компьютерный интерфейс. Все эти области быстро развиваются, открывая возможности для улучшения носимых технологий. В настоящее время особенно быстро развивается миниатюризация электрооптомеханических систем. Новые методы микрообработки поверхности кремния позволяют производить такие системы по технологии СБИС совместимой с электронными схемами. Эта технология называется MEMS (микроэлектромеханические системы) или MOEMS (микрооптоэлектромеханические системы) — для систем, содержащих оптические компоненты. Появление MEMS/MOEMS можно сравнить с переходом от электроники на основе транзисторов к СБИС. Поэтому можно справедливо надеяться, что для носимых систем эта технология сделает то же, что сделала технология СБИС для традиционных систем.

Многоядерные процессоры, такие как Core 2 Extreme от Intel и двуядерный Athlon 64 от AMD принесли с собой повышенную производительность, лучшее управление электропитанием, и возможность для отрасли освободиться от рабской преданности чистой тактовой частоте.

Однако, многоядерная архитектура процессоров является ночным кошмаром для программистов, особенно для тех, кто хочет использовать все возможности новых чипов. Результат? Потенциал вашего нового процессора не используется, подобно необразованному мозгу.

С тех пор, как отрасль концентрировалась лишь на тактовой частоте, произошли существенные изменения. Раньше разработчики ПО получали «бесплатный проезд», говорит директор по управлению технологиями Микропроцессорной лаборатории Intel Джерри Ботиста (Jerry Bautista).

«Даже если программисты ничего не делали, а тактовая частота удваивалась, их программы начинали работать намного быстрее», говорит он о временах мегагерцовых войн. «Но когда мы выбрали путь параллелизма, время бесплатных проездов закончилось».

Помощь уже в пути. Производители чипов высылают кавалерию… в виде средств разработки.

В общем, «многоядерные» чипы состоят из двух и более ядер — центральных процессоров, размещенных на одном кремнии. Это позволяет правильно написанным программам разбивать вычислительные задачи на отдельные части, называемые «потоками», и обрабатывать их одновременно, т.е. параллельно, в отличие от старых одноядерных чипов, которые требовали последовательной обработки.

Несмотря на то, что многоядерные платформы уже давно используются в научном сообществе, их коммерческое использование началось немногим более двух лет назад, благодаря таким компаниям, как Sun Microsystems, IBM, Intel и AMD. Однако, программы, которые работают на этих процессорах, серьезно «тормозят». За исключением игровой индустрии, подавляющее большинство издателей ПО не пишет под многопоточные чипы.

И в самом деле, потенциальное преимущество многоядерных чипов не будет использовано, если программы не будут написаны так, чтобы задействовать их уникальность: а именно, параллелизм.

Другими словами, чтобы программы работали с максимальной скоростью, программистам придется писать многопоточные приложения. А, по словам Алана Цайчика (Alan Zeichick), президента и главного аналитика консалтинговой компании Camden Associates, это трудно — так же трудно, как получить степень доктора философии в области вычислительной техники.

Обычные программисты, работающие с 9 до 5, привыкшие к написанию однопоточных приложений, плохо подготовлены для работы с такими вещами, как блокировка памяти или задержка вычислений. К этому также добавляются сложности масштабируемости: код, написанный для 8-, 16- или 32-ядерных систем не обязательно будет работать на системах с 64 ядрами — как недавно анонсированная система компании Tilera Tile64 — или больше.

Теперь два крупнейших мировых производителя процессоров прилагают двойные усилия, чтобы помочь программистам угнаться за железом.

На сегодняшний день меры, принятые компаниями AMD и Intel, включают в себя все: от гибридных программно-аппаратных решений до разработки новых средств, тестов и компиляторов, которыми программисты могут пользоваться для масштабирования и отладки кода под многоядерные системы. Например, инициатива компании AMD «Аппаратные расширения для программного параллелизма» нацелена на улучшение интеграции программного и аппаратного обеспечения для реализации программного параллелизма.

Что касается Intel, ее новый шаг к продвижению и упрощению разработки ПО для многоядерных платформ особенно хорошо виден по исследовательскому блогу компании. За последние несколько недель исследователи Intel опубликовали ряд документов, описывающих план компании по заполнению внушительных пустот в разработке программ под многоядерные платформы.

Недавно компания выпустила библиотеку Threading Building Blocks C++ (Блоки организации многопоточной обработки данных на C++) — проект с открытым исходным кодом, предоставляющий программистам типовой код, который реализует «задачи» вместо «потоков». Intel заявляет, что библиотека разрабатывалась «на будущее» и будет поддерживать 4-, 8- и (когда-нибудь) даже 100-ядерные процессоры компании.

Основная философия, по словам Ботиста, заключается в том, чтобы подойти к этой проблеме как с аппаратной, так и с программной стороны, и попытаться при помощи грантов и других поощрений развить более научное исследование параллелизма — то, чего не хватало в последние годы.

Так как таких многоядерных чипов с массовым параллелизмом пока не существует, Ботиста признает, что у Intel нет ответов на все вопросы.

Честно говоря, ответов нет и у младшего соперника Intel компании AMD, даже, несмотря на ее новую инициативу «Аппаратные расширения для программного параллелизма». Как и Intel, AMD строит свою философию на том, чтобы закинуть сети как можно шире, засеивая все сообщество разработчиков средствами, необходимыми для параллельного программирования, также решая эту проблему с программной и аппаратной стороны.

В этой связи компания на прошлой неделе выпустила Light-Weight Profiling (LWP) — средство анализа оптимизации приложений для многоядерных платформ в реальном времени.

В сущности, LWP позволяет программе самой «на лету» решать, как лучше повысить производительность в параллельной среде.

«Мы хотим сделать так, чтобы тюнинг происходил автоматически во время прогона программы», сказал вице-президент AMD по разработке ПО Эрл Стал (Earl Stahl), добавляя, что такой метод будет особенно эффективен для многопоточных программных сред, таких как Java Virtual Machine от Sun Microsystems и .Net Framework от Microsoft.

По словам Цайчика, решение этой проблемы может заключаться как раз в подобных самооптимизирующихся средах. Он говорит, что и AMD и Intel пытаются сделать так, чтобы разработчики операционных систем (Microsoft, Apple и поставщики Linux-систем) начали встраивать эти технологии в свои системы сами — ход, который позволит производителям чипов сэкономить миллионы на разработке ПО.

«В конце концов, я думаю, им это удастся. Возьмем Microsoft или Red Hat — они должны масштабировать свои системы. Все просто. Продавцы платформ заинтересованы в этом… даже больше, чем кто-либо другой», говорит он.

Произойдет это или нет, но AMD и Intel, конечно же, должны придумать, как закрыть огромный разрыв между ПО и железом, возникший за прошедшие два года. Если они этого не сделают, то они рискуют, что все их четырех-, восьми-, и многоядерные платформы будут публике просто «по барабану».

Как говорит Ботиста: «Вопрос не в железе, а в том, что можно делать с этим железом — вот, что на самом деле интересно».

Плохо видно, но на этом чипе, который является последней разработкой Intel, располагаются 80 простых ядер с плавающей точкой. Пока он находится в экспериментальной стадии, однако, компания намеревается пустить его в промышленное производство в течение ближайших пяти лет. Вопрос: будет ли кто-нибудь использовать его по максимуму?

7. Tera-10 — Commissariat à l’Énergie Atomiqu

Построенный компанией Bull SA для Комиссии по вопросам атомной энергетики Франции, Tera-10 в настоящее время занимает 7-е место в списке 500 самых быстрых компьютеров мира. Он состоит из 544 серверов компании Bull NovaScale 6160, каждый из которых оснащен 8 процессорами Dual-Core Intel Itanium. Его быстродействие составляет около 42,9 терафлоп. В качестве операционной системы используется Linux. Компьютер применяется для имитации ядерных испытаний.

6. Thunderbird — Государственные лаборатории США «Сандия»

Thunderbird представляет собой станцию из 8 960 процессоров на базе Linux, собранную компанией Dell Inc. В настоящее время располагается в лаборатории Государственной администрации управления ядерной безопасности, входящей в состав группы Государственных лабораторий Сандия, и расположенной в г. Альбукерке (штат Нью-Мексико). Он предназначается скорее для выполнения множества задач средней сложности, чем для одной крупной задачи.

Быстродействие в 53,0 терафлоп позволило ему занять 6-е место в рейтинге 500 самых быстрых компьютеров в мире. В настоящее время он применяется для имитации действия различных видов оружия, полномасштабного моделирования воздействия радиации на полупроводниковую электронику, и расчета безопасности реакции оружия при попадании в экстремальные температурные условия или при ударных нагрузках.

5. MareNostrum — Центр сверхвысокопроизводительных вычислений Барселоны

На данный момент считается самым мощным компьютером Европы, состоящим из 10 240 процессоров, максимальная производительность которых составляет 94,21 терафлоп. Его 2 560 blade-узлов JS21 занимают место равное половине баскетбольной площадки (120 м²). Установлен в Центре сверхвысокопроизводительных вычислений города Барселоны, Испания.

В настоящее время используется для различных задач, включая исследования генома человека, прогнозирование погоды и изучение лекарственных препаратов.

4. ASC Purple — Государственная лаборатория им. Лоуренса в г. Ливермор

ASC Purple появился в результате совместной работы Ливерморских лабораторий и компании IBM. Его максимальная производительность в 100 терафлоп возможна благодаря избыточному кольцу из 196 сервером IBM Power5 SMP, общее число процессоров в которых достигает 12 544. Общая память — 50 Тб, дисковое пространство — 2 петабайта.

В настоящее время используется для имитации ядерных испытаний, которые обычно проводились на подземных полигонах.

3. 3. BGW (Blue Gene/W) — Исследовательский центр IBM им. Томаса Д. Уатсона

Максимальная производительность Blue Gene/W, или BGW, составляет 114 терафлоп. Он состоит из 20 стоек размером с рефрижератор, каждая из которых в свою очередь состоит из 1024 узлов. Каждый узел оснащен двумя 700-Мгц процессорами модели 440 и 512 Мб оперативной памяти.

Основная задача Blue Gene/W заключается в научно-производственных вычислениях, включая имитацию биологических процессов, укладку структуры белков и другие проекты, осуществляемые специалистами IBM по всему миру.

2. Red Storm — Государственные лаборатории США «Сандия»

Суперкомпьютер с параллельной обработкой данных, разработанный компанией Cray и лабораториями Сандия для выполнения имитационных испытаний по накоплению ядерного оружия, что включает разработку заменяемых компонентов, виртуальные испытания компонентов в различных условиях, и помощь при технических испытаниях оружия и его физики.

Red Storm состоит из 12 960 компьютерных узлов на базе AMD Opteron. Его максимальная производительность составляет 124,42 терафлоп. В качестве операционной системе используется облегченная версия Linux, содержащая лишь минимум необходимых приложений.

1. Blue Gene/L — Государственная лаборатория им. Лоуренса в г. Ливермор

Самый быстрый компьютер современности с максимальной производительностью в 360 терафлоп. Состоит из 65 536 процессоров и работает на базе облегченной системы Linux. Является результатом совместного проекта IBM, Государственной лаборатории им. Лоуренса и Министерства энергетики США. Основывается на cell-based чипах (конструкция ИС на библиотечных элементах), что придает его архитектуре гибкость, позволяя добавлять дополнительные блоки, не беспокоясь о возникновении «пробок» по мере увеличения мощности.

Недавно Blue Gene/L попал в выпуски новостей, когда ученые запустили на нем имитатор коры головного мозга по сложности сопоставимой с половиной мозга мыши, что насчитывает около 8 млн. нейронов, каждый из которых имеет до 8 000 соединений с другими нервными тканями. Когда компьютер не занимается имитацией мозга грызуна, то его, в основном, используют для имитации биохимических процессов с участием белка.

Розничная торговля онлайн – нелегкое дело: бешеная конкуренция, переменчивые клиенты, и затраты на IT выше крыши.

Нам сообщили, что один из таких торговцев – британская компания Ebuyer.com – пытается сократить затраты на поддержку своего сайта, применяя серверы, выпущенные еще в доисторические времена, грубо говоря. Согласно данным компании Netcraft, занимающейся Интернет-мониторингом, этот торговец пренебрег обычными серверами ради настоящих реликвий.

Взгляните на отчет Netcraft о сайте Ebuyer.com:

Отчет о серверах сайта Ebuyer.com

Прежде всего, здесь присутствует Toshiba HX-10, выпущенная в 1983 г., и оснащенная 64 КБ оперативной памяти, центральным процессором на частоте 3,6 МГц, и потрясающим графическим адаптером, работающим в 16-цветном режиме высокого разрешения 256×192.

Далее, вы найдете не один, а сразу два Commodore С64. Он появился в 1982 г. и имел 64 КБ оперативной памяти, процессор модели 6510, изготовленный по технологии МОП (металл – оксид – полупроводник), и 16-цветный монитор с разрешением 320х240. Не говоря уже о замечательной операционной системе BASIC 2.0.

Commodore С64

Затем следует Dragon32 – машина 1982 г., частично совместимая с цветной серией Tandy TRS 80. Ее процессор Motorola 6809E работает на частоте 0,89 МГц, а управляется она посредством Microsoft Extended BASIC.

Но это все ерунда, настоящие рабочие лошадки – это три компьютера ZX Spectrum. Эти крошки тоже были выпущены в 1982 г. В них применяется процессор на частоте 3,5 МГц, и в ваше распоряжение они предлагают 128 КБ оперативной памяти (на самом деле 48 КБ – прим. пер.) – прекрасные условия для работы с операционной системой Sinclair BASIC.

Ребята из Ebuyer.com заявляют, что они «постоянно повышают уровень обслуживания, соответствующий мировым стандартам, ставя своих клиентов и их потребности на первое место». Черт побери, ребята, мы, так уж и быть, внесем свои пять баксов, что бы вы, наконец, купили эту Амигу 1000, к которой давно присматриваетесь.