تووت فرنگی
7th February 2012, 06:57 AM
صحبت‌کردن درباره تحولات بسیار سریع رایانه کار دشواری است. سال 1965 گوردون مور، از بنیانگذاران شرکت اینتل، در مقاله‌ای در مورد روند پیشرفت مدارهای میکروالکترونیک ادعا کرد سرعت پیشرفت این مدارها هر دو سال 2 برابر می‌شود. به این معنی که هر سال تراشه‌هایی به بازار آمده‌اند که تعداد ترانزیستورهایشان در واحد سطح 2 برابر 2 سال گذشته بوده است. این روند کمابیش در سال‌های بعد نیز ادامه داشت تا آنجا که به عنوان معیاری برای پیش بینی آینده صنعت میکروالکترونیک مورد توجه قرار گرفت و کم‌کم نام قانون به خود گرفت: قانون مور.
http://img.tebyan.net/big/1390/11/20421205361082221764426216144226255742250.gif
با فرض این که سازندگان ریزپردازنده‌ها بتوانند پیشرفتی مطابق با قانون مور داشته باشند، در این صورت توانایی پردازش رایانه‌های ما باید هر دو سال 2 برابر شود. این به معنای آن است که در 100سال آینده قدرت پردازش 1,125,899,906,842,624 برابر پردازشگرهای کنونی می‌شود. تصور این موضوع سخت است.
سال 2005، مور گفت اگر ترانزیستورها به مقیاس اتمی برسند، ما با یک مانع بنیادی روبه‌رو می‌شویم که نمی‌توانیم از آن عبور کنیم. در این نقطه ما دیگر نمی‌توانیم ترانزیستورهای بیشتری را در همان مقدار فضا جای دهیم.
ما می‌توانیم با ساخت پردازشگرهای بزرگ‌تر با ترانزیستورهای بیشتر، از این سد عبور کنیم. اما ترانزیستورها تولید گرما می‌کنند و داغ شدن پردازشگر باعث خاموش شدن رایانه می‌شود. رایانه‌ها با پردازشگرهای سریع‌تر نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده کارآمدتری دارند تا گرمای بیش از حد تولید نشود. پردازشگر بزرگ‌تر وقتی گرمای بیشتری تولید می‌کند که با تمام سرعت خود کار کند.
تاکتیک دیگر، ساخت پردازشگرهای چندهسته‌ای است. پردازشگر چندهسته‌ای توانایی پردازش خود را بین هر یک از هسته‌ها تقسیم می‌کند. این پردازشگرها برای اداره‌کردن محاسباتی مناسب هستند که قابلیت شکسته‌شدن به اجزای کوچک‌تر را دارند، اما برای مشکلات محاسباتی بزرگ که امکان تقسیم به اجزای کوچک‌تر را ندارند مناسب نخواهند بود.
http://img.tebyan.net/big/1390/11/220243235137107155115651897685213471589865.gif
در صورتی که ما پردازنده‌های قدیمی مبتنی بر ترانزیستور را رها کنیم، رایانه‌ها در آینده ممکن است در یک مدل کاملا متفاوت از دستگاه‌های سنتی ظاهر شوند.
نور و DNA و رایانه‌های آینده
فناوری فیبرنوری در حال ایجاد انقلابی در رایانه‌هاست. خطوط داده فیبرنوری اطلاعات را با سرعت باور نکردنی‌ای انتقال می‌دهند و در برابر تداخل‌های الکترومغناطیسی مانند کابل‌های معمولی آسیب‌پذیر نیستند. چه اتفاقی می‌افتد اگر ما رایانه‌هایی بسازیم که به جای استفاده از الکتریسیته برای انتقال اطلاعات از نور استفاده کند؟
http://img.tebyan.net/big/1390/11/1231331222721822812010918349179117249127211154.gif
اولین مزیتی که سیستم‌های نوری یا فوتونی نسبت به پردازنده‌های ترانزیستوری قدیمی دارند تولید گرمای کمتر است. داده‌ها با سرعتی بیش از سرعت معمولی فرستاده می‌شوند. با این حال مهندسان هنوز در حال توسعه ترانزیستورهای نوری فشرده هستند تا بتوانند آنها را به تولید انبوه برسانند. دانشمندان در موسسه‌ای تحقیقاتی در زونیخ توانستند یک ترانزیستور نوری به اندازه یک مولکول بسازند، اما دانشمندان برای ساختن یک سیستم کارآمد، باید دمای مولکول را به 272 درجه زیر صفر یا یک درجه کلوین برسانند. این دما اندکی بیش از دمای اعماق فضاست و این کار عملا براحتی شدنی نیست.
ترانزیستورهای نوری می‌تواند بخشی از رایانه‌های کوانتومی باشد. برخلاف رایانه‌های متداول که از ارقام باینری (صفر و یک) یا بیت‌ها برای انجام اعمال مختلف استفاده می‌کنند، رایانه‌های کوانتومی از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت (qubit) استفاده می‌کنند. یک بیت می‌تواند صفر یا یک باشد، اما یک کیوبیت می‌تواند هم صفر و هم یک یا چیزی بین آنها باشد.
رایانه‌های کوانتومی بسیار سریع‌تر از رایانه‌های عادی توانایی حل مسائل بزرگی را که قابل تقسیم به قسمت‌های کوچک‌تر هستند، دارند. اما مشکل رایانه‌های کوانتومی این است که آنها به طور ذاتی ناپایدار و بی‌ثبات هستند
اگر حالت کوانتومی این رایانه‌ها دچار آشفتگی شود، قدرت پردازش آنها مانند رایانه‌های عادی می‌شود. مانند ترانزیستورهای نوری ساخته شده در زونیخ، رایانه‌های کوانتومی را هم باید در دمای زیر صفر نگه داشت تا حالت کوانتومی آنها ثابت بماند.
شاید آینده رایانه‌ها در ما نهفته باشد. گروهی از دانشمندان رایانه در حال ساخت رایانه‌هایی هستند که از DNA برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند. ترکیب علوم رایانه و علوم زیستی می‌تواند ما را به سوی نسل جدیدی از رایانه‌ها هدایت کنند. رایانه‌های DNAای مزایایی نسبت به رایانه‌های سنتی دارند. برای مثال، DNA دارای منابع فراوان و ارزان است. اگر ما راهی را برای تحت کنترل در آوردن DNA به عنوان ابزاری برای پردازش داده‌ها پیدا کنیم، این می‌تواند انقلابی در عرصه رایانه باشد.
محاسبات در همه جا
موضوع محبوب در مجموعه داستان‌های علمی ـ تخیلی که در آینده رخ می‌دهد، امکان انجام محاسبات در همه جاست. در این داستان‌ها، رایانه‌ها بسیار کوچک و فراگیر خواهند بود و عملا در همه چیز قرار خواهند داشت. شما ممکن است در کف اتاق خود حسگرهای رایانه داشته باشید که سلامت شما را بررسی می‌کنند. رایانه موجود در ماشین‌تان می‌تواند شما را هنگام رانندگی به سمت محل کارتان یاری دهد و رایانه‌ها عملا، هرجا که شما می‌روید تمام حرکات شما را زیر نظر دارند.
این تصور از آینده هم هیجان انگیز است وهم وحشتناک. از یک طرف، شبکه‌های رایانه آنقدر قوی می‌شوند که نیاز ما را برای سرعت و اتصال مطمئن تامین می‌کنند. شما می‌توانید با هر کسی در هر جای دنیا بدون نگرانی از قطع شدن سرویس، ارتباط برقرار کنید. اما از طرف دیگر، این امکان را برای شرکت‌ها، دولت‌ها یا سازمان‌ها فراهم می‌کند تا اطلاعاتی درباره شما جمع‌آوری کنند و شما را همه جا زیر نظر داشته باشند.
http://img.tebyan.net/big/1390/11/221428016257157261921964090174115233248235.gif
در دهه اخیر، گام‌هایی به سوی فراگیری محاسبات برداشته شده است. پروژه‌های Wi-Fi شهری و نسل چهارم فناوری شبکه‌های بی‌سیم 4G مانند LTEو WiMAXشبکه محاسبات را از مرز دستگاه‌های سیمی فراتر بردند. شما می‌توانید یک تلفن هوشمند (smartphone) خریداری کنید و در عرض چند ثانیه به پتابایت (هر پتابایت معادل یک میلیون گیگابایت است) اطلاعات روی شبکه جهانی وب دسترسی پیدا کنید. حسگرهای موجود در چراغ‌های قرمز ترافیک و ابزارهای سنجش بیولوژیک می‌توانند حضور ما را تشخیص دهند و دور نیست زمانی که شما قبل از نزدیک شدن به هرچیزی توسط حسگرها و رایانه‌های موجود در آن شناسایی شوید.
همچنین ممکن است تحولات عظیمی در فناوری واسط‌های کاربری (interface technology) ببینیم. در حال حاضر، بسیاری از رایانه‌ها به واسط‌های فیزیکی مانند ماوس، صفحه کلید، ترک‌پد یا واسط‌های دیگر برای دریافت اطلاعات ورودی نیاز دارند. همچنین برنامه‌های رایانه ای وجود دارند که می‌توانند صدای شما را تشخیص دهند و حرکت چشمانتان را دنبال کنند. دانشمندان رایانه و عصب‌شناسان در حال کار روی واسط‌های مختلف مغز و رایانه هستند تا به انسان‌ها امکان کنترل رایانه تنها با استفاده از قدرت تفکر را بدهند. کسی چه می‌داند، شاید رایانه‌های آینده بدون نیاز به ابزار واسط به خواسته‌های ما پاسخ دهند.پیشبینی 100 سال آینده کار سختی است. پیشرفت فناوری لزوما روندی خطی یا یک الگوریتم خاص ندارد. ممکن است ما دهه‌هایی از پیشرفت را تجربه کنیم که در دوره‌هایی از آن به دلیل برخورد با موانع پیشبینی نشده فقط پیشرفت اندکی داشته باشیم. از سوی دیگر، با وجود بعضی پیشرفت‌ها، تفاوت معنی‌داری بین مردم و رایانه در قرن آینده وجود نخواهد داشت. در چنین دنیایی، ما به نسل جدیدی تبدیل خواهیم شد که خود را در مدت زمان بسیار کوتاه به چیزی بهتر از آنچه اکنون هستیم تبدیل می‌کنیم.
هر چند آینده نیاز به تامل دارد، اما دستگاه‌هایی که ما در آینده به آنها تکیه می‌کنیم با رایانه‌های امروزی بسیار متفاوت خواهند بود.
http://img.tebyan.net/big/1390/11/20421205361082221764426216144226255742250.gif
با فرض این که سازندگان ریزپردازنده‌ها بتوانند پیشرفتی مطابق با قانون مور داشته باشند، در این صورت توانایی پردازش رایانه‌های ما باید هر دو سال 2 برابر شود. این به معنای آن است که در 100سال آینده قدرت پردازش 1,125,899,906,842,624 برابر پردازشگرهای کنونی می‌شود. تصور این موضوع سخت است.
سال 2005، مور گفت اگر ترانزیستورها به مقیاس اتمی برسند، ما با یک مانع بنیادی روبه‌رو می‌شویم که نمی‌توانیم از آن عبور کنیم. در این نقطه ما دیگر نمی‌توانیم ترانزیستورهای بیشتری را در همان مقدار فضا جای دهیم.
ما می‌توانیم با ساخت پردازشگرهای بزرگ‌تر با ترانزیستورهای بیشتر، از این سد عبور کنیم. اما ترانزیستورها تولید گرما می‌کنند و داغ شدن پردازشگر باعث خاموش شدن رایانه می‌شود. رایانه‌ها با پردازشگرهای سریع‌تر نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده کارآمدتری دارند تا گرمای بیش از حد تولید نشود. پردازشگر بزرگ‌تر وقتی گرمای بیشتری تولید می‌کند که با تمام سرعت خود کار کند.
تاکتیک دیگر، ساخت پردازشگرهای چندهسته‌ای است. پردازشگر چندهسته‌ای توانایی پردازش خود را بین هر یک از هسته‌ها تقسیم می‌کند. این پردازشگرها برای اداره‌کردن محاسباتی مناسب هستند که قابلیت شکسته‌شدن به اجزای کوچک‌تر را دارند، اما برای مشکلات محاسباتی بزرگ که امکان تقسیم به اجزای کوچک‌تر را ندارند مناسب نخواهند بود.
http://img.tebyan.net/big/1390/11/220243235137107155115651897685213471589865.gif
در صورتی که ما پردازنده‌های قدیمی مبتنی بر ترانزیستور را رها کنیم، رایانه‌ها در آینده ممکن است در یک مدل کاملا متفاوت از دستگاه‌های سنتی ظاهر شوند.
نور و DNA و رایانه‌های آینده
فناوری فیبرنوری در حال ایجاد انقلابی در رایانه‌هاست. خطوط داده فیبرنوری اطلاعات را با سرعت باور نکردنی‌ای انتقال می‌دهند و در برابر تداخل‌های الکترومغناطیسی مانند کابل‌های معمولی آسیب‌پذیر نیستند. چه اتفاقی می‌افتد اگر ما رایانه‌هایی بسازیم که به جای استفاده از الکتریسیته برای انتقال اطلاعات از نور استفاده کند؟
http://img.tebyan.net/big/1390/11/1231331222721822812010918349179117249127211154.gif
اولین مزیتی که سیستم‌های نوری یا فوتونی نسبت به پردازنده‌های ترانزیستوری قدیمی دارند تولید گرمای کمتر است. داده‌ها با سرعتی بیش از سرعت معمولی فرستاده می‌شوند. با این حال مهندسان هنوز در حال توسعه ترانزیستورهای نوری فشرده هستند تا بتوانند آنها را به تولید انبوه برسانند. دانشمندان در موسسه‌ای تحقیقاتی در زونیخ توانستند یک ترانزیستور نوری به اندازه یک مولکول بسازند، اما دانشمندان برای ساختن یک سیستم کارآمد، باید دمای مولکول را به 272 درجه زیر صفر یا یک درجه کلوین برسانند. این دما اندکی بیش از دمای اعماق فضاست و این کار عملا براحتی شدنی نیست.
ترانزیستورهای نوری می‌تواند بخشی از رایانه‌های کوانتومی باشد. برخلاف رایانه‌های متداول که از ارقام باینری (صفر و یک) یا بیت‌ها برای انجام اعمال مختلف استفاده می‌کنند، رایانه‌های کوانتومی از بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت (qubit) استفاده می‌کنند. یک بیت می‌تواند صفر یا یک باشد، اما یک کیوبیت می‌تواند هم صفر و هم یک یا چیزی بین آنها باشد.
رایانه‌های کوانتومی بسیار سریع‌تر از رایانه‌های عادی توانایی حل مسائل بزرگی را که قابل تقسیم به قسمت‌های کوچک‌تر هستند، دارند. اما مشکل رایانه‌های کوانتومی این است که آنها به طور ذاتی ناپایدار و بی‌ثبات هستند
اگر حالت کوانتومی این رایانه‌ها دچار آشفتگی شود، قدرت پردازش آنها مانند رایانه‌های عادی می‌شود. مانند ترانزیستورهای نوری ساخته شده در زونیخ، رایانه‌های کوانتومی را هم باید در دمای زیر صفر نگه داشت تا حالت کوانتومی آنها ثابت بماند.
شاید آینده رایانه‌ها در ما نهفته باشد. گروهی از دانشمندان رایانه در حال ساخت رایانه‌هایی هستند که از DNA برای پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند. ترکیب علوم رایانه و علوم زیستی می‌تواند ما را به سوی نسل جدیدی از رایانه‌ها هدایت کنند. رایانه‌های DNAای مزایایی نسبت به رایانه‌های سنتی دارند. برای مثال، DNA دارای منابع فراوان و ارزان است. اگر ما راهی را برای تحت کنترل در آوردن DNA به عنوان ابزاری برای پردازش داده‌ها پیدا کنیم، این می‌تواند انقلابی در عرصه رایانه باشد.
محاسبات در همه جا
موضوع محبوب در مجموعه داستان‌های علمی ـ تخیلی که در آینده رخ می‌دهد، امکان انجام محاسبات در همه جاست. در این داستان‌ها، رایانه‌ها بسیار کوچک و فراگیر خواهند بود و عملا در همه چیز قرار خواهند داشت. شما ممکن است در کف اتاق خود حسگرهای رایانه داشته باشید که سلامت شما را بررسی می‌کنند. رایانه موجود در ماشین‌تان می‌تواند شما را هنگام رانندگی به سمت محل کارتان یاری دهد و رایانه‌ها عملا، هرجا که شما می‌روید تمام حرکات شما را زیر نظر دارند.
این تصور از آینده هم هیجان انگیز است وهم وحشتناک. از یک طرف، شبکه‌های رایانه آنقدر قوی می‌شوند که نیاز ما را برای سرعت و اتصال مطمئن تامین می‌کنند. شما می‌توانید با هر کسی در هر جای دنیا بدون نگرانی از قطع شدن سرویس، ارتباط برقرار کنید. اما از طرف دیگر، این امکان را برای شرکت‌ها، دولت‌ها یا سازمان‌ها فراهم می‌کند تا اطلاعاتی درباره شما جمع‌آوری کنند و شما را همه جا زیر نظر داشته باشند.
http://img.tebyan.net/big/1390/11/221428016257157261921964090174115233248235.gif
در دهه اخیر، گام‌هایی به سوی فراگیری محاسبات برداشته شده است. پروژه‌های Wi-Fi شهری و نسل چهارم فناوری شبکه‌های بی‌سیم 4G مانند LTEو WiMAXشبکه محاسبات را از مرز دستگاه‌های سیمی فراتر بردند. شما می‌توانید یک تلفن هوشمند (smartphone) خریداری کنید و در عرض چند ثانیه به پتابایت (هر پتابایت معادل یک میلیون گیگابایت است) اطلاعات روی شبکه جهانی وب دسترسی پیدا کنید. حسگرهای موجود در چراغ‌های قرمز ترافیک و ابزارهای سنجش بیولوژیک می‌توانند حضور ما را تشخیص دهند و دور نیست زمانی که شما قبل از نزدیک شدن به هرچیزی توسط حسگرها و رایانه‌های موجود در آن شناسایی شوید.
همچنین ممکن است تحولات عظیمی در فناوری واسط‌های کاربری (interface technology) ببینیم. در حال حاضر، بسیاری از رایانه‌ها به واسط‌های فیزیکی مانند ماوس، صفحه کلید، ترک‌پد یا واسط‌های دیگر برای دریافت اطلاعات ورودی نیاز دارند. همچنین برنامه‌های رایانه ای وجود دارند که می‌توانند صدای شما را تشخیص دهند و حرکت چشمانتان را دنبال کنند. دانشمندان رایانه و عصب‌شناسان در حال کار روی واسط‌های مختلف مغز و رایانه هستند تا به انسان‌ها امکان کنترل رایانه تنها با استفاده از قدرت تفکر را بدهند. کسی چه می‌داند، شاید رایانه‌های آینده بدون نیاز به ابزار واسط به خواسته‌های ما پاسخ دهند.پیشبینی 100 سال آینده کار سختی است. پیشرفت فناوری لزوما روندی خطی یا یک الگوریتم خاص ندارد. ممکن است ما دهه‌هایی از پیشرفت را تجربه کنیم که در دوره‌هایی از آن به دلیل برخورد با موانع پیشبینی نشده فقط پیشرفت اندکی داشته باشیم. از سوی دیگر، با وجود بعضی پیشرفت‌ها، تفاوت معنی‌داری بین مردم و رایانه در قرن آینده وجود نخواهد داشت. در چنین دنیایی، ما به نسل جدیدی تبدیل خواهیم شد که خود را در مدت زمان بسیار کوتاه به چیزی بهتر از آنچه اکنون هستیم تبدیل می‌کنیم.
هر چند آینده نیاز به تامل دارد، اما دستگاه‌هایی که ما در آینده به آنها تکیه می‌کنیم با رایانه‌های امروزی بسیار متفاوت خواهند بود.