Что день грядущий нам готовит?

История создания принципиально нового процессора началась в июне 1994 года с подписания совместного соглашения между Intel и Hewlett-Packard. Речь шла о разработке 64-разрядной архитектуры. Первый процессор (Intel Itanium) появился в 1999 году. К тому времени 64-х разрядные компьютеры существовали уже несколько лет, но появление Intel на этом рынке заставило конкурентов резко ускорить разработки.

Сейчас кроме Intel на этом рынке работают Sun (UltraSPARC III) , AMD (Opteron ,ClawHammer ,SledgeHammer) ,IBM (POWER4-отличительная особенность продукта IBM в том, что на одном чипе находятся 2 процессора) и несколько других. Сравнительные характеристики самых известных процессоров представлены в следующей таблице:

Процессор	Частота шины,MHz	Частота ядра,MHz	Архитектура	Технология (ядро)	Кэш L1	Кэш L2	Кэш L3
Intel Itanium	266	733,800	IA-64	0,18 мкм	32 Кб	92 Кб	2(4) Мб
Sun UltraSPARC III	150	1050	SPARC 9	0.15	96	8 Мб	-
Intel Itanium 2	400	900,1200	IA-64	0.18	до 3 Мб		4 Мб

На первый взгляд кажется, что ничего особенного: у 32-разрядных процессоров и технология потоньше, и частота побольше. Однако мир постепенно будет переходить к 64-разрядным. Почему?

Во-первых, эти процессоры при условном разветвлении в программе позволяют одновременно выполнять все ветки. Во-вторых применяется загрузка по предположению, то есть процессор загружает данные из памяти до того, как они потребуются. В результате эти процессоры обладают колоссальной производительностью при обработке операций с плавающей точкой, которые используются при построении трёхмерных изображений, а также позволяют держать в памяти огромные базы данных. Увеличено количество инструкций, выполняемых за 1 такт. Поэтому при решении таких задач, как компьютерная анимация и создание спецэффектов, они оставляют 32-разрядные далеко позади. Поддержка многопроцессорных конфигураций позволяет собирать мощнейшие серверы. Сдерживающих факторов пока 2 – высокая цена самих систем (от 10000$ за рабочую станцию) и дорогое 64-разрядное программное обеспечение. Все 64-разрядные процессоры могут выполнять 32-разрядное ПО, но при этом производительность не соответствует их уровню.

На грани фантастики.

В настоящее время ведётся работа над квантовым компьютером. В Германии учёные отлавливают отдельные атомы и пытаются сделать из них систему, способную на вычисления. В США учёные не изолируют отдельные атомы, а используют тот факт, что все частицы, имеющие одинаковый импульс вращения – спин,- излучают одинаковый резонансный сигнал. Понятно, что на такие высокотехнологичные исследования уходит не один миллиард $. Зачем же это надо? Ведь даже обычный домашний компьютер считает достаточно быстро. Конечно, говорят учёные, для проведения расчётов, например в Excel, мощности вполне достаточно. А если речь идёт о расшифровке кода с ключом 266 бит? Тогда придётся «немного» подождать ответа. Ведь количество возможных комбинаций, содержащихся в таком ключе, больше, чем количества атомов во всей Вселенной, и даже самому быстрому суперкомпьютеру на решение этой задачи путём перебора вариантов потребуется более 14 миллиардов лет. А это больше, чем существует наша Вселенная… А вот квантовый компьютер, состоящий всего из нескольких атомов, мог бы решить эту задачу за несколько минут.

Чтобы описать принцип работы такого компьютера, нужно погрузится в пучины квантовой физики, которую человеческое сознание воспринимает с трудом. Отдельный атом ведёт себя внешне вполне пристойно. При соответствующем возбуждении (лазером)он переходит на следующий энергетический уровень. Если новое состояние считать за 1, а предыдущее за 0, то мы получаем эквивалент бита. Но не всё так просто. Атом находится в таком труднодоступном человеческому пониманию состоянии, которое можно назвать «и ноль и единица одновременно». Больше всего это похоже на крутящуюся монету, только хлопнув по которой можно узнать, что (орёл или решка) находится перед вами в данный момент. Эту операцию тоже выполняет лазер. Если же прибавить к этому атому ещё один мы получим 4 комбинации. А для n атомов получаем 2ⁿ. Таким образом компьютер, состоящий всего из 50 атомов, оказывается мощнее всех компьютеров Земли вместе взятых. Такова теория, а на практике перед учёными встают проблемы, каким образом изолировать атомы, соединить их вместе, научится по одному их возбуждать. И главное – как из всех представленных комбинаций выбрать правильный результат вычислений.

На сегодня учёные понемногу справляются с этими проблемами. Уже научились соединять несколько атомов (хоть и на короткое время), учатся программировать их лазером. Теоретически, количество атомов может быть до 30 000. Но нужна ли человечеству такая колоссальная производительность? Компьютер научился играть в шахматы на тысячи лет позднее, чем человек, но уже сейчас играет не хуже него. Кто уверен, что мы останемся самыми разумными на планете?

Литература: «Аппаратные средства IBM PC»(Михаил Гук), журнал CHIP(№3,4,8,9 за 2002г.)