Перспективы развития персональных компьютеров

В памяти нового стандарта  вместо многоточечной топологии  будут использоваться соединения типа «точка-точка» с меньшей нагрузкой  на каждый канал, что обеспечит ускорение передачи данных и уменьшение задержек. Естественно, что для выпуска новой памяти компаниям придется использовать самые передовые производственные технологии, в частности, производство по 30, 32 или 36-нанометровой технологии.

Оперативная память DDR4 будет  иметь повышенную рабочую частоту  и превосходную скорость доступа  к данным. Предполагается, что на рынке появятся модули памяти с частотой от 2133 до 4266 МГц. Память нового поколения  позволит привнести в серверные, настольные и мобильные системы значительный прирост производительности. Для обеспечения снижения задержек новые модули памяти будут иметь 16 банков на каждой пластине.

Кроме того, в DDR4 будут  введены более эффективные способы  контроля четности и ECC ошибок по сравнению с памятью предыдущих поколений, что должно улучшить коррекцию ошибок. Это, в частности, должно положительным образом отразиться на стабильности работы серверных платформ. Помимо высокой производительности, память стандарта DDR4 сможет похвастаться и высокой емкостью благодаря использованию технологии межслойных соединений TSV и объемной архитектуре микросхем 3D stacking. Ожидается, что для серверов будут доступны модули памяти DDR4 емкостью 64 Гб.

Одной из ключевых особенностей памяти стандарта DDR4 должно стать пониженное энергопотребление. Модули памяти DDR4 будут использовать напряжение питания до 1,1-1,2. Опционально могут предлагаться энерго - эффективные модули памяти DDR4 с напряжением 1,05 В. В результате, экономия энергии может составить до 20 - 40 процентов по сравнению с модулями памяти предыдущего поколения. При этом быстродействие в новых чипах увеличиться в несколько раз. Снижение потребляемой мощности будет способствовать меньшему нагреву модулей.

Подводя итог, можно отметить, что главными достоинствами оперативной памяти нового стандарта DDR4 станет повышенное быстродействие при меньшем энергопотреблении, новая архитектура микросхем, снижение задержек и большая емкость модулей памяти.

Осложнением центральных процессоров, в компьютерах будущего проблема охлаждения чипов будет становиться все более сложной, так как плотность электронной начинки будет увеличиваться, а расстояние между элементами уменьшаться. Ранее с этой проблемой уже успела столкнуться AMD, однако в будущем эта проблема станет актуальной и для Intel, уверены независимые эксперты.

Во время постоянной работы сервера центральные процессоры в штатном режиме работают при  температуре 50-65 градусов, однако в  ряде случаев температура может  подскакивать и до 90 градусов, превращая процессор в настоящую раскаленную сковороду. Особенно проблема перегрева известна геймерам и компьютерным энтузиастам, разгоняющим процессоры выше штатной частоты с целью выжать из ЦПУ максимум возможностей. Иногда для охлаждения таких систем используют экстремальные системы охлаждения на базе жидкого азота.

Будущее видеокарт

Видеокарта представляет собой сплав двух некогда независимых устройств – графического адаптера и ускорителя трехмерной графики. У большинства пользователей видеокарта ассоциируется с 3D-играми, поэтому апгрейд до более мощной модели всегда вызывает массу положительных эмоций. Что интересно, область применения графических адаптеров не ограничивается только развлечениями, ведь их вычислительная мощь превосходит иные центральные процессоры. Именно поэтому видеокарты быстро развиваются и проникают во все сегменты рынка электроники: от десктопов и лэптопов до смартфонов и суперкомпьютеров.

Многие аналитики предрекают закат эры персональных компьютеров  как игровой платформы под  натиском смартфонов, планшетов и облачных сервисов вроде быстро набирающего популярность OnLive. Напрашивается вывод, что видеокарты пострадают от этого в первую очередь, однако события последних лет неоспоримо доказали, что в графических адаптерах заложен гигантский потенциал, выходящий далеко за рамки их привычного применения. К примеру, видеокарты вполне способны выполнять расчеты, причем не только «для дома, для семьи», но и в серьезных промышленных и научных целях.

Компания Intel даже воскресила свой давний проект Larrabee и теперь готовит к выходу 50-ядерный ускоритель вычислений Knights Corner. Так что игровые видеокарты никуда не денутся, а лишь сменят вектор развития с настольных компьютеров на мобильные устройства, интегрируясь в SoC-чипы (система на кристалле). Но всегда найдутся истинные компьютерные энтузиасты и заядлые игроманы, готовые отдать последнюю рубаху ради новенькой флагманской видеокарты с любимым именем Radeon или GeForce.

2.2 Отдаленные перспективы развития ПК

Будущее может быть разным, и путей к нему тоже много, но ни то, ни другое предсказать невозможно. И все же кое-какие широкие штрихи набросать можно, причем в большинстве сценариев прогресс приводит к изменению способа нашего общения, объема информации, с которой нам придется иметь дело, и, возможно, даже наших природных способностей.

Прогнозируемое  будущее

Основой компьютеров  будущего станут не кремниевые транзисторы, где передача информации осуществляется электронами, а оптические системы. Носителем информации станут фотоны, так как они легче и быстрее электронов. В результате компьютер станет более дешевым и более компактным. Но самое главное, что оптоэлектронное счисление гораздо быстрее, чем то, что применяется сегодня, поэтому компьютер будет намного производительнее.

ПК будет мал по размерам, и иметь мощь современных суперкомпьютеров. ПК станет хранилищем информации, охватывающей все аспекты нашей повседневной жизни, он не будет привязан к электрическим сетям. Этот ПК будет защищен от воров благодаря биометрическому сканеру, который будет узнавать своего владельца по отпечатку пальца.

Основным способом общения с  компьютером будет голосовой. Настольный компьютер превратится в гигантский компьютерный экран — интерактивный  фотонный дисплей. Клавиатура не понадобится, так как все действия можно будет, совершите прикосновением пальца. Но для тех, кто предпочитает клавиатуру, в любой момент на экране может быть создана виртуальная клавиатура и удалена тогда, когда в ней не будет нужды.

Компьютер станет операционной системой дома, и дом начнет реагировать на потребности хозяина, будет знать его предпочтения (приготовить кофе в 7 часов, запустить любимую музыку, записать нужную телепередачу, отрегулировать температуру и влажность и т. д.)

Жесткий диск будет голографическим, и чем-то будет походить на CD-ROM или DVD. То есть это будет прозрачная вращающаяся пластинка с записывающим лазером с одной стороны и считывающим лазером с другой; объем хранимой информации на таком диске будет достигать просто астрономических величин — несколько терабайт. При таких объемах можно будет хранить каждую мельчайшую деталь жизни.

Процессор ПК будущего будет функционировать  по тем же принципам, что и сегодня. Но вместо электронных микропроцессоров, которые являются и мозгом, и мускулами  современного компьютера, процессор будущего будет иметь оптоэлектронные интегральные схемы (чипы будут использовать кремний там, где требуется переключение, и оптику для коммуникаций). Это даст огромный прирост в быстродействии и эффективности. Сегодняшний компьютер тратит слишком много времени на ожидание данных для обработки. Мгновенная оптическая связь и память, работающая так же быстро, как и процессор, обеспечат непрерывный поток данных процессору для обработки. При передаче данных со скоростью, не ограниченной больше электронной передачей, можно будет достигнуть частот порядка 100 ГГц, то есть в 30 раз быстрее, чем сегодня.¹¹

Процессор будущего может быть шестигранником, окруженным со всех сторон быстрым  кэшем так, чтобы требуемые данные могли быть выбраны из ближайшей  части кэша. Именно таким образом и будет достигнута производительность сегодняшних супер-ЭВМ.

При применении оптической связи в  компьютерных технологиях будет  получен тот самый эффект, который  наблюдали в 1980 г., когда компьютеры на базе 80286 имели память, работающую на частоте процессора. Скорость шины памяти — та скорость, с которой происходит обмен данными между процессором и памятью, — была равна частоте процессора (всего 8 МГц). Процессор получал данные так же быстро, как мог их обработать, в результате процессор меньше находился в режиме ожидания данных.

Средний компьютер сегодня имеет  процессор 3000 МГц и шину 2000 МГц. Несмотря на различные технологические подвиги, процессор все еще тратит две  трети времени на ожидание данных.

Оптоэлектроника решит эту проблему. Должным образом разработанной шине оптической памяти скорость выборки данных из памяти будет снова приравнена к частоте процессора.

Конечно, это потребует  более быстрой обработки данных в памяти и, соответственно, другой, более быстрой, архитектуры памяти, которая, к счастью, уже есть или в скором времени будет. Большой кэш сверхбыстрой энергонезависимой магнитной RAM (память с произвольным доступом) будет содержать данные, срочно требующиеся процессору.

Для нового быстрого кэша придется избавиться от неэффективности сегодняшней синхронной динамической памяти, нуждающейся в постоянном обновлении. Неэффективность кэша сегодня такова, что две трети времени уходит на процессы обновления (таким образом, его реальная производительность в три раза меньше).

Полупроводниковая технология будущего будет основана не на кремниевой памяти, а на магнитной памяти в  молекулярном масштабе. Так как мельчайшие элементы будут намагничены для  представления нулей и размагничены для представления единиц, информация может быть легко и быстро обновлена простым электрическим сигналом. Весь процесс будет гораздо быстрее того, что мы имеем сегодня, и будет вполне реально удовлетворять требования процессора, работающего на частоте 100 ГГц.¹²

Основная память компьютера будет вполне оптической, фактически голографической. Голографическая память имеет трехмерную природу, и можно эшелонировать любое количество плоскостей памяти в прямоугольное твердое тело. Объем чипа в 256 ГБ легко достижим.

Компьютер будущего будет практически независим от источников электропитания. Одно из самых больших преимуществ фотонных цепей — крайне малое энергопотребление. Небольшая, но длинная, подобная стержню литиевая батарея, изогнутая в тороид и установленная в компьютер, будет функционировать пару недель. А подзарядить ее можно будет так же легко, как сегодня подзарядить сотовый телефон.

Размер экрана не будет  играть никакой роли в компьютерах  будущего. Он может быль большим, как  ваш рабочий стол, или маленьким. Большие варианты компьютерных экранов будут основаны на жидких кристаллах, возбуждаемых фотонным способом, которые будут иметь гораздо более низкое энергопотребление, чем сегодняшние LCD-мониторы. Цвета будут яркими, а изображения — точными (возможны плазменные дисплеи). Фактически сегодняшняя концепция «разрешающей способности» будет в значительно степени атрофирована.

Квантовый компьютер  – устройство, работающее на основе квантовой механики.

Квантовый компьютер  принципиально отличается от классических компьютеров, работающих на основе классической механики. Квантовый бит (qubit) не существует в типичных 0 или 1-бинарных формах сегодняшних компьютеров – квантовый бит может существовать в одной из них или же в обеих системах одновременно. Но это едва заметное различие позволяет квантовым транзисторам работать в один миллион раз быстрее, чем сегодняшние компьютеры.

Полномасштабный квантовый  компьютер является пока гипотетическим устройством, сама возможность построения которого связана с серьезным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов.

Оптический компьютер  – компьютер, основанный на использовании оптических процессоров.

В отличие от обычных компьютеров, основанных на электронных технологиях, в оптических компьютерах операции выполняются путем манипуляции потоками оптического излучения, что позволяет достичь большей производительности вычислений. Оптические компьютеры в своей работе используют скорость света, а не скорость электричества, что делает их наилучшими проводниками данных.

Электричество передвигается со скоростью, приблизительно равной 1/10 скорости света, но оптические или фотонные транзисторы смогут работать в тысячи раз быстрее, чем компьютеры сегодняшнего поколения. Первые прототипы оптических компьютеров уже созданы.

Что касается компьютеров будущего, то современные футурологи склоняются к тому, что компьютерная индустрия будет стремиться к созданию микроскопических машин с использованием новых технологий, в основном квантовых и оптических, и через четверть века вычислительные машины уменьшатся по сравнению с существующими, примерно в сто тысяч раз.

Это позволит вводить  компьютеры в тело человека, в том числе и для контроля его здоровья. В частности, если человек страдает болезнью Паркинсона, то возможно будет поместить компьютер размером с горошину, который возьмет на себя функции по передаче сигналов в поврежденных нейронах мозга.

Вместе с уменьшением размеров произойдет рост скорости вычисления данных и мощности процессоров. Специалисты считают, что к 2020 году обычный компьютер станет “думать” так же продуктивно, как и человеческий мозг. А еще через двадцать лет вычислительная мощность компьютера превысит мыслительные возможности тысячи человек.

Объем доступной памяти жесткого диска компьютера может  уже через десять лет достичь 11 петабайт (петабайт – 1015 (квадриллион) стандартных байтов), но необходимость в жестких дисках отпадет, так как вся информация будет храниться в сети.

Вообще, по прогнозам экспертов, развитие Интернета – одно из условий развития компьютеров. Так, по прогнозам, в ближайшие годы объем информации, которой располагает глобальная паутина, станет ежегодно удваиваться.

Интернет полностью  избавит людей как от необходимости совершать оплаты наличными, так и от походов по магазинам.

Скорость передачи данных в ближайшем десятилетии может возрасти в пятнадцать-двадцать раз! При этом ежемесячный трафик беспроводных сетей увеличится в четыреста раз по сравнению с сегодняшними показателями. Бесплатное и мгновенное общение в видеоформате с любой точкой планеты станет реальностью.