Цивилизация
— Компания IBM активно разрабатывает технологию устройств энергонезависимой памяти на основе фазового перехода (PCRAM), которая рассматривается как серьезная альтернатива флеш-памяти. Между тем инженеры тайваньской компании Macronix недавно сообщили об успешных испытаниях самовосстанавливающегося флеш-чипа, выдерживающего более 100 млн циклов запись/чтение, что устраняет ключевую уязвимость флеш-технологии — короткое время работы на отказ — и снимает ограничения на использование флеш-памяти в компьютерах и серверах. Сейчас многих интересует, сможет ли PCRAM конкурировать с флеш-памятью, учитывая, что тайваньцы не использовали никакой новой «физики» и материалов для усовершенствования флеш-чипа?
— Да, я читал об этой разработке: там использован точечный импульсный разогрев ячейки чипа, восстанавливающий ее функциональность. Думаю, следует посмотреть сначала, подходит ли эта разработка для массового воспроизводства и будут ли промышленные образцы обладать теми же характеристиками, которые были продемонстрированы этими инженерами в лаборатории. Не думаю, что пришло время ставить крест на PCRAM, тем более что ее производство уже налажено и существуют промышленные решения на ее основе, пусть и не в серверном сегменте.
Напомню, что исключительная надежность продолжает оставаться главным преимуществом PCRAM.
Вторым ключевым преимуществом является большая плотность записи, когда вы можете зафиксировать больше бит в одной ячейке, чем в случае с магнитной флеш-памятью. В Цюрихе мы достигли плотности до четырех бит на ячейку, пока это только лабораторный результат, но мы активно работаем в этом направлении, ведь четырехбитная ячейка повышает емкость чипа сразу в четыре раза в сравнении с двухбитной. Помимо этого мы активно исследуем технологию магниторезистивной памяти, также использующей альтернативный способ хранения данных. Думаю, здесь вообще нельзя говорить о конкуренции — скорей о параллельном развитии разных технологий, шествующих по разным улицам.
— В каком состоянии находится Millipede, другая эксклюзивная разработка IBM, о которой в свое время много говорили как о реальной альтернативе флеш? Продолжаются ли работы в этой области?
— Мы остановили работы по этому проекту. Действительно, главной целью Millipede было разработать конкурента флеш. Напомню, что мы начали этот проект на рубеже нулевых годов — еще до того, как началась революция мобильных гаджетов. В совершенствование флеш-технологии вкладывались большие деньги, она быстро совершенствовалась, и Millipede быстро растеряла то преимущество, которое изначально было у нее.
Когда вы хотите внедрить принципиально новое устройство памяти, его характеристики должны превосходить существующие решения как минимум на один, а лучше на два порядка.
Оно должно быть либо в сто раз дешевле, либо его емкость должна быть в десять, а лучше в сто раз больше. С Millipede мы хотели конкурировать на рынке мобильных устройств, но это была технология двумерной матрицы ячеек, в то время как флеш-устройства быстро эволюционировали в трехмерные массивы.
— То есть проект оказался полностью убыточным?
— Ни в коем случае. Millipede стал технологической платформой для решения задач в совершенно других областях, уже не связанных с устройствами памяти. Ключевой элемент Millipede — массив управляемых механическими рычагами силиконовых микроигл — позволил создать компактные устройства для обработки поверхностей в наноразмерных масштабах, сопоставимых и даже превосходящих масштабы разрешения в электронной литографии. В Швейцарии есть компания, создавшая и запатентовавшая на основе этой технологии нанолитографическое устройство размером с микроволновую печь, которым заинтересуются все, кто не хочет покупать и обслуживать дорогостоящие и громоздкие электроннолитографические комплексы. То есть Millipede неожиданно оказался очень востребованным в другой области, в которой наша лаборатория лидирует, — в сканирующей атомно-силовой микроскопии: недавно нам удалось различить электронные облака и структуру химических связей в сложной молекуле, о чем мы сообщили в статье, опубликованной в Science.
— Возможно, Millipede как технология устройств памяти просто опередил время. Жаль, что проект закрыт: с инженерной точки зрения предложенное решение было весьма изящным.
— Да, но возможно, мы к ней когда-нибудь вернемся, так как по надежности среди долгосрочных носителей информации с устройствами Millipede могут конкурировать разве что перфоленты.
-— IBM — один из ключевых подрядчиков проекта SyNAPSE, спонсируемого DARPA. Стратегической целью проекта, носящей название «Фаза 2», является разработка нейрокомпьютера, имитирующего работу мозга. Было объявлено, что работы по «Фазе 0» и «Фазе 1» успешно завершены — созданы и испытаны нейрочипы, связанные в сеть из нескольких тысяч устройств. В каком состоянии находится проект сейчас и когда будет завершена «Фаза 2», которую некоторые назвали «фазой Терминатора»? В последние два года информация по SyNAPSE вообще перестала появляться в открытом доступе, хотя известно, что на выполнение «Фазы 2» DARPA выделила (в том числе и IBM) большие средства.
— Я не связан с этой разработкой и не могу дать полноценный комментарий. Скажу только, что процессорная архитектура, имитирующая нейронную, будет обладать колоссальным преимуществом с точки зрения энергоэффективности — еще одного направления, в котором работает наша лаборатория в Цюрихе. Распознавание образов, системы ассоциативной памяти, пространственное ориентирование — все эти задачи эффективно решаются с помощью нейрочипов.
— Есть точка зрения, что незачем создавать специальные нейрочипы, так как работу нейросети можно моделировать программно.
— Все упирается в энергозатраты. Да, мы можем имитировать многие вещи программно, в том числе и нейросети, используя традиционные процессоры. Но для того, чтобы имитировать работу нейросети, потребуется совершить больше вычислительных действий, преодолеть больше вычислительных слоев и в конечном итоге затратить больше энергии, чем для решения той же задачи потребуется нейросети, научившейся выполнять ту или иную функцию. Например, суперкомпьютер IBM «Уотсон», который оснащен системой, понимающей вопросы, сформулированные на естественном языке, потребляет 85 кВт·ч. А соперники в телешоу «Jeopardy!», точней их мозги, потребляли всего 20 Вт·ч.
— Замечу только, что они тогда проиграли «Уотсону» миллион долларов. Получается, что будущее компьютеров — это нейросети, которые рано или поздно вытеснят машины на основе логики фон Неймана?
— Уверен, будущее за симбиозом устройств на основе нейро- и классической неймановской логики, например такими устройствами, где неймановские процессоры, которые никуда, конечно, не исчезнут, будут играть роль вычислительных ядер, «обвешанных» функциональными модулями, ускоряющими их работу и работающими на основе нейрологики.
Уже сейчас задача создания таких систем чрезвычайно актуальна, и IBM активно работает в этом направлении, о чем свидетельствует и недавнее поглощение IBM компании Cognos, создававшей известные программные решения для систем бизнес-аналитики.
Ядром таких систем является аналитическая база данных и интеллектуальная обработка запросов, которая должна быть очень быстрой.
— Как осуществляется стратегическое прогнозирование в самой IBM? Как вы предсказываете будущие технотренды, планируя работу своих лабораторий, некоторые из которых, например цюрихское подразделение, заняты чисто фундаментальными исследованиями? Какие последние и самые передовые разработки цюрихской лаборатории вы можете назвать?
— Традиционно — мозговыми штурмами. Очень много и тесно общаемся с университетами. Что касается топ-разработок, то это, однозначно, многослойные 3D-чипы, интегрирующие в одном трехмерном массиве процессор, память и систему ввода-вывода.
Подобные чипы могут выполнять одновременно функцию процессора, запоминающего и сенсорного устройства.
Сейчас архитектура компьютеров напоминает плоский город, или, точней, подземку, в которой данные «перевозятся» с одной станции на другую — от процессора к памяти, контроллерам, интерфейсам и т. д. В 3D-чипах эти станции интегрированы в многослойный пирог, уровни которого связаны быстрыми лифтами, экономящими место и энергию, необходимую для транспортировки данных. Используя специальные электролиты, систему охлаждения 3D-чипа можно совместить с генерацией дополнительной энергии для его питания, то есть 3D-чип помимо вычислительных будет выполнять функции аккумулятора — это то, над чем мы сейчас работаем. Систему охлаждения такого чипа можно сравнить с кровеносной, где кровь помимо терморегуляции выполняет и функцию переноса питательных веществ. Это хорошая аналогия.
— Когда эта технология будет внедрена в производство?
— У нас уже есть промышленные прототипы 2D-чипов, совмещающих процессор и устройство памяти, которые можно использовать в серверных решениях. У них более простая система охлаждения, и их коммерческое использование начнется в ближайшие три-четыре года. Что касается многослойных чипов и многослойной вычислительной оптоэлектроники, совмещающей процессор, память и системы оптического ввода-вывода, то речь идет о десяти годах.
— IBM курирует много фундаментальных исследований. Как и в чем измеряется их эффективность, в том числе экономическая, самой компанией?
— Связь между фундаментальными исследованиями и прикладными системами не всегда прямая. Эффективность работы, которая ведется в цюрихской лаборатории IBM, измеряется числом публикаций в ведущих научных журналах, а также, конечно, патентами. Меня все время спрашивают, какая часть наших разработок оказывается коммерчески успешной. Могу ответить только, что, если бы это была большая их часть, я бы занимался не исследованиями, а сплошным внедрением и прикладными разработками.
— Сотрудничает ли IBM с российскими исследовательскими институтами? Пока складывается ощущение, что крупные международные корпорации заинтересованы лишь в развитии аутсорсинга, а не фундаментальных исследовательских проектов здесь.
— Да, посредством действующего в России Научно-технического центра IBM мы, например, ведем совместные разработки в области компьютерного моделирования с Московским государственным университетом.
— Эти исследования можно назвать фундаментальными или это часть прикладных разработок IBM?
— Безусловно можно. Компьютерные науки уже рассматриваются в одном ряду с двумя разделами фундаментальных — теоретическим и экспериментальным. Более того, я считаю, что одна из будущих Нобелевских премий будет вручена теоретикам, внесшим ключевой вклад в разработку систем компьютерного моделирования, позволяющим изучать поведение тех или иных систем, в том числе живых, in silico (в кремнии — «Газета.Ru»), а не in vivo (в реальной жизни).