«Пе­ре­за­пуск» про­ек­ти­ро­ва­ния ком­пью­те­ров

Otkrytye sistemy. SUBD. - - СОДЕРЖАНИЕ - Алек­сандр Ты­рен­ко

Вы­пус­ки жур­на­ла Computer за июнь, июль и ав­густ (IEEE Computer Society, Vol. 50, No. 6–8 2017) по­свя­ще­ны сверх­боль­шим ин­те­граль­ным схе­мам для Ин­тер­не­та ве­щей, ис­поль­зо­ва­нию кон­кур­сов в ро­ли ин­стру­мен­та об­ра­зо­ва­ния и но­вым на­прав­ле­ни­ям раз­ви­тия ком­пью­тер­ных ар­хи­тек­тур.

Клю­че­вые сло­ва: ар­хи­тек­ту­ра ком­пью­те­ров, Ит-об­ра­зо­ва­ние и обу­че­ние, Ин­тер­нет ве­щей, СБИС Keywords: Computer Architectures, IOT, IT Education and Training, VLSI

Те­мой июнь­ско­го но­ме­ра ста­ли сверх­боль­шие ин­те­граль­ные схе­мы для Ин­тер­не­та ве­щей, обе­ща­ю­щие воз­мож­ность то­таль­ной ком­пью­те­ри­за­ции окру­жа­ю­ще­го ми­ра. Ес­ли на про­тя­же­нии боль­шей ча­сти ис­то­рии ИТ лю­ди пе­ре­но­си­ли дан­ные для об­ра­бот­ки на ком­пью­те­ры, то се­год­ня бла­го­да­ря ми­ни­а­тю­ри­за­ции ком­пью­те­ры и се­ти мож­но «пря­тать» в окру­жа­ю­щей нас сре­де, что­бы они са­ми предо­став­ля­ли дан­ные лю­дям. С раз­ви­ти­ем СБИС функ­ции вы­чис­ле­ний и свя­зи пе­ре­хо­дят в по­все­днев­ные пред­ме­ты — ста­ци­о­нар­ные и мо­биль­ные.

В пуб­ли­ка­ции «По­вы­ше­ние точ­но­сти вы­во­дов об окру­же­нии с ис­поль­зо­ва­ни­ем мно­го­об­ра­зия обо­ру­до­ва­ния» (Exploring Hardware Heterogeneity to Improve Pervasive Context Inferences) Чэ­нь­гу­ан Шэ­нь (Chenguang Shen) и Ма­ни Сри­ва­ста­ва (Mani Srivastava) опи­сы­ва­ют воз­мож­но­сти улуч­ше­ния «про­ни­ца­тель­но­сти» при­бо­ров для сле­же­ния за здо­ро­вьем за счет со­по­став­ле­ния по­ка­за­ний дат­чи­ков раз­лич­ных пер­со­наль­ных устройств, та­ких как смарт­фо­ны и ум­ные на­руч­ные ча­сы. Ав­то­ры так­же пред­ла­га­ют умень­шать энер­го­по­треб­ле­ние устройств пу­тем вы­пол­не­ния вы­чис­ле­ний на спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ных уско­ри­те­лях.

Ста­тья «При­бли­зи­тель­ные вы­чис­ле­ния как спо­соб эко­но­мии энер­гии и по­вы­ше­ния без­опас­но­сти в Ин­тер­не­те ве­щей» (Approximate Computing for Low Power and Security in the Internet of Things), ко­то­рую на­пи­са­ли Минц­зэ Гао (Mingze Gao), Цянь Ван (Qian Wang), Тан­вир Арафн (Md Tanvir Arafn), Юн­цян Люй (Yongqiang Lyu) и Ган Цюй (Gang Qu), опи­сы­ва­ет ме­тод со­кры­тия в млад­ших би­тах дан­ных ин­фор­ма­ции, ис­поль­зу­е­мой для функ­ций без­опас­но­сти — на­при­мер, аутен­ти­фи­ка­ции устройств и за­щи­ты ин­тел­лек­ту­аль­ной соб­ствен­но­сти.

В ста­тье «Про­грам­ми­ру­е­мый ло­ги­че­ский ком­пью­тер на мемри­сто­рах» (A PLIM Computer for the Internet of Things) ее ав­то­ры — Ма­ти­ас Се­кен (Mathias Soeken), Пьер-эм­ма­ну­эль Гай­яр­до (Pierre-emmanuel Gaillardon), Сей­де Ши­рин­за­де (Saeideh Shirinzadeh), Рольф Дрекслер (Rolf Drechsler) и Джо­ван­ни Де­ми­ке­ли (Giovanni De Micheli) — разъ­яс­ня­ют пре­иму­ще­ства со­от­вет­ству­ю­щей ком­пью­тер­ной ар­хи­тек­ту­ры, сре­ди ко­то­рых, в част­но­сти, низ­кий рас­ход энер­гии.

А в пуб­ли­ка­ции «Боль­ше ра­бо­ты с мень­ши­ми за­тра­та­ми: управ­ле­ние пи­та­ни­ем для элек­тро­ни­ки, по­лу­ча­ю­щей энер­гию из ок­ру- жа­ю­щей сре­ды» (Doing a Lot with a Little: Micropower Conversion and Management for Ambient-powered Electronics), ко­то­рую пред­ста­ви­ли Аль­до Ро­ма­ни (Aldo Romani), Мар­ко Тар­та­ньи (Marco Tartagni) и Эн­ри­ко Сан­гьор­ги (Enrico Sangiorgi), речь идет о ме­то­дах про­ек­ти­ро­ва­ния це­пей управ­ле­ния пи­та­ни­ем, поз­во­ля­ю­щих эко­ном­но пе­ре­но­сить энер­гию от пье­зо­элек­три­че­ских и элек­тро­маг­нит­ных пре­об­ра­зо­ва­те­лей.

Июль­ский вы­пуск жур­на­ла Computer по­свя­щен ро­ли кон­кур­сов и со­рев­но­ва­ний в озна­ком­ле­нии уча­щих­ся с но­вы­ми тех­но­ло­ги­я­ми и на­вы­ка­ми. Пуб­ли­ка­ция «Вос­пи­та­ние но­во­го по­ко­ле­ния уче­ных и ин­же­не­ров со школь­ной ска­мьи» (Inspiring the Next Generation of Scientists and Engineers: K-12 and Beyond) Нэн­си Бой­ер (Nancy Boyer) по­вест­ву­ет о кон­кур­сах ро­бо­то­тех­ни­ки, ко­то­рые про­во­дят­ся ор­га­ни­за­ци­ей FIRST для де­тей и под­рост­ков от 6 до 18 лет. Эти ме­ро­при­я­тия, про­хо­дя­щие еже­год­но под ру­ко­вод­ством на­став­ни­ко­вво­лон­те­ров, при­ви­ва­ют на­вы­ки са­мо­сто-

Вы­пус­ки жур­на­ла Computer за июнь, июль и ав­густ (IEEE Computer Society, Vol. 50, No. 6–8 2017) по­свя­ще­ны сверх­боль­шим ин­те­граль­ным схе­мам для Ин­тер­не­та ве­щей, ис­поль­зо­ва­нию кон­кур­сов в ро­ли ин­стру­мен­та об­ра­зо­ва­ния и но­вым на­прав­ле­ни­ям раз­ви­тия ком­пью­тер­ных ар­хи­тек­тур.

ятель­но­го обу­че­ния и ко­манд­ной ра­бо­ты, по­мо­га­ют по­зна­ко­мить­ся с ши­ро­ким кру­гом ин­же­нер­но-тех­ни­че­ских дис­ци­плин.

В ста­тье «Greenpower: ин­тел­лек­ту­аль­ные гон­ки» (Greenpower: Racing Toward STEM Finish) Линдси Хич­кок (Lindsey Hitchcock) рас­ска­зы­ва­ет о кон­кур­сах, про­во­ди­мых меж­ду­на­род­ной ор­га­ни­за­ци­ей Greenpower сре­ди уча­щих­ся от 9 до 24 лет. Суть кон­кур­са — са­мо­сто­я­тель­но скон­стру­и­ро­вать од­но­мест­ный элек­тро­мо­биль и по­участ­во­вать на нем в гон­ке. Млад­шие школь­ни­ки обыч­но со­би­ра­ют ма­ши­ны для кон­кур­са из го­то­вых на­бо­ров, а сту­ден­ты мо­гут пред­ла­гать ори­ги­наль­ные кон­струк­ции.

Ста­тью «Под­го­тов­ка сту­ден­тов к бу­ду­щей ка­рье­ре: кон­кур­сы, ор­га­ни­зу­е­мые участ­ни­ка­ми от­рас­ли» (Industry-backed Competitions: Helping Today's Students Prepare for Tomorrow's Careers) Рэн­ди Све­рер (Randy Swearer) по­свя­тил се­рии кон­кур­сов Design for Industry, устро­и­те­лем ко­то­рых яв­ля­ет­ся ком­па­ния Autodesk. С по­мо­щью си­стем 3D-мо­де­ли­ро­ва­ния участ­ни­ки долж­ны спро­ек­ти­ро­вать кон­струк­цию, име­ю­щую не ме­нее 15 уни­каль­ных ком­по­нен­тов. В ста­тье, в част­но­сти, опи­сы­ва­ет­ся кон­курс Design for Space по про­ек­ти­ро­ва­нию ком­пакт­но­го спут­ни­ка Cubesat, ко­то­рый дол­жен со­сты­ко­вать­ся с Vanguard 1, кос­ми­че­ским зон­дом эпо­хи 1950-х, обес­пе­чить его за­щи­ту и уве­сти с ны­неш­ней ор­би­ты.

Участ­ни­ки про­грам­мы Student Space Initiative Ст­эн­форд­ско­го уни­вер­си­те­та, в рам­ках ко­то­рой сту­ден­ты пред­став­ля­ют соб­ствен­ные про­ек­ты раз­ра­бо­ток для кос­ми­че­ских ис­сле­до­ва­ний, под­го­то­ви­ли ста­тью «Не­до­ро­гие вы­сот­ные аэро­ста­ты» (Low-cost High-altitude Ballooning). Она рас­ска­зы­ва­ет о воз­мож­но­сти ис­поль­зо­ва­ния недо­ро­гих аэро­ста­тов из ка­у­чу­ка для сле­же­ния за про­ис­хо­дя­щи­ми на Зем­ле про­цес­са­ми и для сбо­ра ат­мо­сфер­ных дан­ных.

Ав­гу­стов­ский вы­пуск Computer те­ма­ти­че­ски пе­ре­кли­ка­ет­ся с июнь­ским: но­мер по­свя­щен ин­но­ва­ци­ям в об­ла­сти ком­пью­тер­ных ар­хи­тек­тур. Стре­мясь обес­пе­чить про­дле­ние дей­ствия за­ко­на Му­ра, в по­лу­про­вод­ни­ко­вой от­рас­ли око­ло де­сят­ка лет то­му на­зад при­шли к вы­во­ду о необ­хо­ди­мо­сти раз­ра­бот­ки тран­зи­сто­ра но­во­го ти­па. На се­год­ня эта за­да­ча так и не ре­ше­на, од­на­ко тем­пы раз­ви­тия воз­мож­но­стей ком­пью­те­ров не толь­ко со­хра­ня­ют­ся, но и уско­ря­ют­ся бла­го­да­ря раз­лич­ным ин­же­нер­ным но­во­вве­де­ни­ям, ко­то­рые бы да­же не по­на­до­би­лись, ес­ли бы Кмоп-мик­ро­про­цес­со­ры про­дол­жи­ли раз­ви­вать­ся по пу­ти экс­по­нен­ци­аль­но­го ро­ста быст­ро­дей­ствия.

Ша­о­шань Лю (Shaoshan Liu), Цзе Тан (Jie Tang), Чжэ Чжан (Zhe Zhang) и Жан­люк Го­дьо (Jean-luc Gaudiot) опуб­ли­ко­ва­ли в номере ста­тью «Ком­пью­тер­ные ар­хи­тек­ту­ры для ав­то­мо­би­лей-ро­бо­тов» (Computer Architectures for Autonomous Driving). Опи­сы­ва­е­мая ими ар­хи­тек­ту­ра, по­ми­мо тра­ди­ци­он­но­го фон-ней­ма­нов­ско­го мик­ро­про­цес­со­ра, вклю­ча­ет циф­ро­вой сиг­наль­ный про­цес­сор, ви­де­очип и про­грам­ми­ру­е­мую ло­ги­че­скую мат­ри­цу. Каж­дый из этих эле­мен­тов от­ве­ча­ет за свои, наи­бо­лее под­хо­дя­щие за­да­чи управ­ле­ния ав­то­мо­би­лем. Ав­то­ры по­ка­зы­ва­ют, ка­ким об­ра­зом их ар­хи­тек­ту­ра от­ве­ча­ет тре­бо­ва­ни­ям к быст­ро­дей­ствию и энер­го­эф­фек­тив­но­сти, ко­то­рые предъ­яв­ля­ют бор­то­вые си­сте­мы са­мо­управ­ля­е­мых ав­то­мо­би­лей.

Пуб­ли­ка­цию «Энер­ге­ти­че­ски-про­пор­ци­о­наль­ные вы­чис­ле­ния» (Energyproportional Computing: A New Defnition) Ратхи­джит Сен (Rathijit Sen) и Дэ­вид Вуд (David A. Wood) по­свя­ти­ли воз­мож­но­сти «раз­го­на» су­ще­ству­ю­щих мик­ро­про­цес­со­ров за счет ис­поль­зо­ва­ния ком­про­мис­сов меж­ду быст­ро­дей­стви­ем и мощ­но­стью, ос­но­ван­ных на фи­зи­че­ских свой­ствах тран­зи­сто­ров. Для эко­но­мии энер­гии ре­жим раз­го­на пред­ла­га­ет­ся вклю­чать сред­ства­ми си­стем­но­го ПО ав­то­ма­ти­че­ски в пе­ри­о­ды по­вы­шен­ной на­груз­ки.

Ста­тья «На­пря­же­ние, быст­ро­дей­ствие, мощ­ность, на­деж­ность и мно­го­ядер­ное мас­шта­би­ро­ва­ние» (Voltage, Throughput, Power, Reliability, and Multicore Scaling), ко­то­рую опуб­ли­ко­ва­ли Фэй Ся (Fei Xia), Ашур Ра­фев (Ashur Rafev), Али Ааль­са­уд (Ali Aalsaud), Мо­хам­мед Аль-ха­ян­ни (Mohammed Al-hayanni), Джеймс Дэ­вис (James Davis), Джо­шуа Ле­вин (Joshua Levine), Ан­дрей Мо­хов (Andrey Mokhov), Алек­сандр Ро­ма­нов­ский (Alexander Romanovsky), Ри­шад Шафк (Rishad Shafk), Алекс Яко­влев (Alex Yakovlev) и Шэн Ян (Sheng Yang), рас­ска­зы­ва­ет о до­пол­ни­тель­ных ме­то­дах управ­ле­ния ба­лан­сом быст­ро­дей­ствия и рас­хо­да энер­гии. В от­ли­чие от ме­то­да, опи­сан­но­го в преды­ду­щей ста­тье и рас­счи­тан­но­го на оп­ти­ми­за­цию си­сте­мы, вы­пол­ня­ю­щей мно­же­ство неболь­ших за­да­ний, пред­ла­га­е­мые ав­то­ра­ми ме­то­ди­ки пред­на­зна­че­ны для слу­ча­ев, ко­гда вы­пол­ня­ют­ся все­го од­но за­да­ние или огра­ни­чен­ное их ко­ли­че­ство. В ста­тье до­пол­ни­тель­но рас­смат­ри­ва­ет­ся про­бле­ма эф­фек­тив­но­сти рас­па­рал­ле­ли­ва­ния та­ких за­дач.

В ста­тье «Мас­шта­би­ро­ва­ние ком­пью­те­ра в за­ви­си­мо­сти от за­да­чи: при­клад­ное про­грам­ми­ро­ва­ние при неогра­ни­чен­ном раз­ме­ре па­мя­ти» (Scaling the Computer to the Problem: Application Programming with Unlimited Memory), ко­то­рую под­го­то­вил Айк Нас­си (Ike Nassi), об­суж­да­ет­ся воз­мож­ность со­зда­ния ком­пью­те­ра боль­ше­го мас­шта­ба вме­сто по­вы­ше­ния его быст­ро­дей­ствия и энер­го­эф­фек­тив­но­сти. Се­год­ня, ко­гда за­да­че не хва­та­ет па­мя­ти, си­сте­ма обыч­но об­ра­ща­ет­ся к фай­лу под­кач­ки на дис­ке, что при­во­дит к рез­ко­му ухуд­ше­нию про­из­во­ди­тель­но­сти. Это непри­ем­ле­мо для при­ло­же­ний об­ра­бот­ки боль­ших дан­ных и си­стем ис­кус­ствен­но­го ин­тел­лек­та, ко­то­рым необ­хо­ди­мо вы­со­кое быст­ро­дей­ствие и на по­ряд­ки боль­ше па­мя­ти, чем до­ступ­но се­год­ня. Ста­тья по­свя­ще­на вы­пол­не­нию та­ких при­ло­же­ний на про­грамм­но-кон­фи­гу­ри­ру­е­мом сер­ве­ре — си­сте­ме, объ­еди­ня­ю­щей мно­же­ство фи­зи­че­ских ком­пью­те­ров, на ко­то­рых ра­бо­та­ет од­на вир­ту­аль­ная ма­ши­на. Па­мять та­кой си­сте­мы мож­но уве­ли­чи­вать без мо­ди­фи­ка­ции при­ло­же­ния и без огра­ни­че­ния объ­е­ма об­ра­ба­ты­ва­е­мых дан­ных.

В за­клю­чи­тель­ной ста­тье вы­пус­ка — «Не­обыч­ное, ма­лое и некон­тро­ли­ру­е­мое: пе­ре­опре­де­ле­ние го­ри­зон­тов вы­чис­ле­ний» (The Weird, the Small, and the Uncontrollable: Redefining the Frontiers of Computing) Кри­стоф Той­шер (Christof Teuscher) пред­ста­вил кон­цеп­цию, со­глас­но ко­то­рой ИТ рас­смат­ри­ва­ют­ся не толь­ко как ин­же­нер­ная дис­ци­пли­на со сво­ей ис­то­ри­ей раз­ви­тия про­дук­тов, но и как раз­дел на­у­ки, изу­ча­ю­щий круг за­дач, под­власт­ных ре­ше­нию с по­мо­щью вы­чис­ле­ний, воз­мож­ную ско­рость ре­ше­ния и за­тра­ты энер­гии. Ав­тор рас­суж­да­ет о том, как мож­но бы­ло бы со­здать ком­пью­тер с ну­ля, от­бро­сив все или боль­шин­ство об­ще­при­ня­тых норм. Про­цесс, опи­сан­ный в ста­тье, предо­став­ля­ет боль­ше сте­пе­ней сво­бо­ды и тем са­мым мо­жет при­ве­сти к бо­лее дей­ствен­ным ре­зуль­та­там.

Алек­сандр Ты­рен­ко (shoorah@osp.ru) — обо­зре­ва­тель «Computerworld Рос­сия» (Москва).

Newspapers in Russian

Newspapers from Russia

© PressReader. All rights reserved.