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.

«Перезапуск» проектирования компьютеров

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 окружающей 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.

«Перезапуск» проектирования компьютеров

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 наставников-волонтеров, прививают навыки самостоятельного 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.

«Перезапуск» проектирования компьютеров

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 Жан-Люк 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» (Energy-Proportional 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).

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF