Izumi budućnosti

Gladni izuma koji menjaju stvarnost na trenutno bolje, kao da ne primećujemo sitne ali izuzetno važne korake u talasu promene koji dolazi i sa sobom donosi nešto potpuno novo i drugačije.

Gledajući unatrag deceniju ili dve, svako ko je poživeo i bio dobro obavešten u tim decenijama posvedočiće o fantastičnom napretku tehnologije. Elementi tog napretka izmenili su i način na koji se obrazuju nove generacije ili obaveštavaju građani o vestima i novostima. Promenila se donekle i svest pojedinca, oivičena aktivnostima koje zahtevaju tehnologiju da bi „normalno” funkcionisala. No, onog trenutka kada je tehnološki napredno postalo normalno, porasli su i naši apetiti.

Izdržljivi čipovi

Primena računarskih dostignuća u naučne svrhe je, u zamahu uloge koju je tehnologija dobila u savremenom životu, pala u drugi plan. Čini se da su vesti o upotrebi najnovijih tehnologija u svemirskoj industriji, tradicionalno najpropulzivnijom sferom među industrijama, svedene na po koji redak u britanskim ili američkim javnim glasilima. Ipak, razgrnemo li malo naslage svakodnevice, naići ćemo na izuzetne primere upotrebe najnovijih dostignuća u svrhe koje bi mogle da donesu čovečanstvu mnogo više dobrog od dnevne borbe za prestižno lidersko mesto u prodaji prenosnika.

Jedna od izuzetnih mogućnosti upotrebe savremenih procesa proizvodnje čipova tiče se korišćenja geotermalne energije. Kao što znamo, u centru naše planete, temperature narastaju do nekoliko hiljada stepeni Celzijusove skale (procena je oko 7000^o C). Da bismo iskoristili tu toplotu, potrebno je, prirodno, iskopati dovoljno duboku rupu kako bismo prišli „džepovima” toplotne energije i izvukli je, skladištili i distribuirali do potrošača. Na pitanje koliko duboko je potrebno kopati, naučnici kažu bar oko 4 do 6 km. Na tim dubinama se temperature kreću oko 150 ^oC do 200 ^oC. Mašine kojima se do tih dubina buši već neko vreme dobro funkcionišu na visokim temperaturama. Ipak, bušenje Zemljine kore nije samo fizički posao. Da biste na optimalan način probušili rupu do džepa sa toplotom, potrebno je u takvom procesu kontinuirano pratiti veliki broj parametara. Za ovo praćenje i „pametno” bušenje zaduženi su specijalni mikročipovi od kojih su sačinjeni senzori od čije osetljivosti zavisi uspešnost bušenja. Ono što je do sada bio problem jeste činjenica da na temperaturama od 200 ^oC i preko, mikročipovi prosto dostižu svoje termalne limite.

Zahvaljujući napretku u minimizaciji komponenti čipa, za čiji tempo je ponajviše zadužena trka za najbrži procesor današnjice, i radu istraživača na Fraunhofer institutu za mikroelektronska kola i sisteme iz Nemačke, možemo reći da su dosadašnje barijere probijene. Drugi istraživački i komercijalni čipovi su uspevali da dostignu i do 250 ^oC, ali uz stalno hlađenje i upitnu pouzdanost. Primerci pomenutog nemačkog instituta su demonstrirali značajan napredak. Zahvaljujući SOI (eng. Silicon on insulator, silicijum na izolatoru, prim. aut.) procesu proizvodnje (o kom smo pisali ranije u kontekstu proizvodnje savremenih Intel procesora) karakteristične dimenzije novih mikročipova ne prelaze 0,35 µm. Ova činjenica ih čini značajno manjim od konkurencije, ali i kvalitetnije izrađenim usled poznate prednosti SOI procesa – smanjivanja curenja struje.

Upotrebu ovih malih i sposobnih čipova ne vide samo u industrijama pohranjivanja nafte, prirodnog gasa ili solarne energije, već i u avionici i pomenutoj svemirskoj tehnologiji. Mnogi uređaji bi iskorišćenjem otpornih a malih mikročipova mogli postati „pametniji”. Znate da se u avionskom saobraćaju neretko dešavaju otkazivanja motora. Upotrebom ovih ili sličnih čipova, mogli bismo da izradimo senzore čija bi svrha bila praćenje parametara leta i rada motora što bi omogućilo efikasnije upravljanje, štednju goriva i rano javljanje potencijalnih problema. Prvi testovi pokazuju dobre rezultate a puna proizvodnja i pojavljivanje procesa proizvodnje ovih čipova kao usluge se očekuje krajem tekuće godine.

Njegovo visočanstvo Samsung

Lidersku poziciju na vrhu grupe kompanija koje prednjače u svetu tehnologije ne možete održati bez snažnih ulaganja u istraživanje, inovacije i razvoj. Vodeći ljudi korejskog Samsunga dobro poznaju ovu, na sudbinama svojih zapadnih kolega ispisanu, činjenicu i već godinama se nalaze među najznačajnijim institucijama u svetu tehnoloških pronalazaka. U cilju podrške novoj gami uređaja, koje u kolokvijalnom obraćanju možemo čuti kao „nosive”, već neko vreme u Samsungu eksperimentišu sa grafenom. Krajem marta i početkom aprila tekuće godine, javnosti je postala dostupna informacija sa Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) institucije o dostignuću koje, prema prvim najavama tvoraca, može ponuditi prvu komercijalnu upotrebu grafena na mestima gde je do sada silicijum bio prvi izbor.

Osnova ovog dostignuća je tehnika kojom se grafen sintetizuje u formi jednog kristala na poluprovodniku. Dosadašnja praksa sinteze multikristala je za rezultat imala grafen slabih mehaničkih i električnih svojstava, čija upotreba nije pogodna za široku paletu primene, što je jedan od osnovnih uslova za komercijalizaciju. U prevodu, ukoliko ne postignete odgovarajuće mehaničko-električne standarde i nemate mogućnost skaliranja tih osobina proizvoda na serijsku proizvodnju – ništa od profita. A kako je profit preduslov ulaganja, jasno je da bez karakteristično dobrih obećanja tehnologije na kojoj radite nema proizvodnje. Partnerska institucija Samsunga u ovom slučaju, Sungkyunkwan University iz Seula, nanomaterijalima se bavi već osam godina a čitav postupak je finansijski podržala Vlada Južne Koreje, preko resornog ministarstva.

Postupak proizvodnje izgleda ovako: na standardni silicijumski vafer se nanese sloj germanijuma a takav se vafer zatim potapa u fluorovodoničnu kiselinu, zaduženu da ukloni prirodno nastale okside germanijuma i „nanese” veliki broj atoma vodonika na germanijum. Nakon ovog postupka, materijal ide u pećnicu, na njega se nanosi grafen i nakon procesa pečenja i vakumskog čišćenja, sve što preostaje jeste da se grafenski sloj „oljušti” sa silikonskog vafera i dalje koristi u proizvodnji. Ovo „suvo” skidanje grafena je posebno pogodno jer ne ostavlja bore, omogućava proizvodnju visoko-kvalitetnog materijala, sa malim brojem defekata a poseban kuriozitet čini informacija da se iskorišćeni silicijumski vaferi mogu ponovo iskoristiti. Veoma zgodno, zar ne?

Ipak, nijedna od ovih informacija zapravo ne znači da je posao završen. Značajan broj delova slagalice komercijalizacije grafena i dalje čeka premijeru, da li u dobro čuvanim sefovima institucija ili glavama pronalazača. Ipak, proizvodnja ovakvih primeraka grafena će definitivno biti prvi korak ka ostvarenju stvarnosti fleksibilnih uređaja male potrošnje i velike snage. Samsung je veoma vešta marketinška kompanija, takođe, pa njihovu izjavu o „jednom od najznačajnijih dostignuća u istraživanju grafena” treba uzeti sa rezervom. Optimističnom rezervom, razume se.

Demonstracija za demonstracijom u sporom ritmu

Kada je 2007. godine Nvidia predstavila svoju arhitekturu (CUDA) upotrebe grafičkih procesora u svrhe opšteg računarstva, najavljivani su veliki projekti, dostignuća i uspesi. Od sve te pompe, danas, sedam godina kasnije, nije ostalo mnogo, bar ne u vidljivom spektru javnosti. Kako bi bacila malo svetla na čitavu stvar, Nvidia je ključne elemente svojih tehnoloških konferencija posvetila rešenjima zasnovanim na njihovim proizvodima – grafičkim sistemima.

Jedan od upečatljivih događaja je bila demonstracija moći GPU uređaja nad CPU uređajima u nekim od scenarija za koju je Nvidia unajmila poznati duet američkih televizijskih inženjera iz serijala Mythbusters. Ukoliko niste pogledali ovaj, sada već šest godina star marketinški video, savetujemo vam da to obavezno učinite. Na njemu se vidi kako, dok mali i jednostavni robot po imenu Leonardo (svaka sličnost sa Da Vinčijem je namerna) svojim diskretnim pucanjima na belu tablu crta smajli u velikom broju poteza, Leonardo v2.0 svojom matricom cevi crta Mona Lizu (u veoma niskoj rezoluciji, razume se).

Izuzetno interesantan način korišćenja proizvoda koje Nvidia primarno izrađuje za potrebe obrade grafike jeste Map-D, „najbrža platforma za obradu velike količine podataka”. Massively Parallel Database, kako mu je puno ime jeste ništa drugo nego proizvod razvijen na paradigmi multiproceserskih sistema kakav je, recimo, Nvidia Tesla. Sazidana „od nule”, Map-D je platforma koja koristi najbolje od ovih procesora u cilju manipulacije i obrade velike količine podataka na temelju njihove sposobnosti da to isto učine prilikom obrade slika. Ono što Map-D čini veoma upotrebljivim jeste njegova modularnost koja omogućava skaliranje sa potrebama upotrebnog slučaja.

Osnovna paradigma je jednostavna – podeliti poslove unutar RDBMS-a u „zalogaje” adekvatne veličine, memorijski dobro uvezati te iste delove posla i nahraniti procesorsku zver sastavljenu od velikog broja malih jedinica koje savršeno obrađuju zalogaj po zalogaj. Map-D tu nije stao, već je u njegove funkcionalnosti ugrađen i mehanizam prikazivanja obrađenih podataka. Jedan od zanimljivijih projekata koji su izradili jeste TweetMap – proof of concept demo sistem koji omogućava analizu milijarde tvitova uz pomoć servera sastavljenog od 8 Nvidia Tesla K40 kartica sa ukupno 96 GB memorije. Za taj demo je dobijena i nagrada od 100.000 dolara na Emerging Company Showcase događaju na Nvidia konferenciji. Pogledajte demo na adresi http://tweetmap.map-d.com.

Realnost GPU čipova jeste da će još neko vreme najveći broj korisnika iste imati u vidu grafičkih kartica u svojim računarima. Tehnički gledano, u takvoj konfiguraciji, do sada je jedan od gorućih problema bila komunikacija GPU i CPU podsistema. Nvidia već duže vreme radi na rešavanju ovog problema i njihovo poslednje dostignuće na tom polju je NV-Link, tehnologija sa zadatkom povećanja propusnosti GPU-CPU veze između 12 i 15 puta.

Iako ove brojke zvuče veoma obećavajuće, ne treba očekivati da će ovakve brzine brzo biti implementirane u korisničkim računarima. Prvi ešalon upotrebe će verovatno biti postavljen u preduzećima koje zahtevaju kombinaciju konvencionalnih aplikacija (CPU) i paralelne obrade velikog broja podataka (Big Data) kojima je GPU sistem zapravo namenjen. Mala pretraga po internetu će za rezultat dati da će ova tehnologija biti ubrzo implementirana u IBM-ovim serverima sa Power arhitekturom koji su i najčešće korišćeni uređaji za potrebe Big Data obrada.

Stiče se utisak da će mesto na čelu tehnološkog razvoja GPU dobiti kada se na radnim mestima IT kompanija budu pojavili stručnjaci koji od početka svog profesionalnog života razmišljaju na „jeziku” paralelnog računarstva. Programirati u ovakvom svetu jeste teško za ljude koji su obrazovani na temeljima CPU obrade. U istoriji imamo već dobro poznat primer teškog prelaza proceduralnih programera na objektno-orijentisane jezike. Zaključak je jasan – ukoliko uskoro krećete na fakultet, ili ste na početku studija, imajte u vidu da će jedan od zanimljivijih poslova u bliskoj budućnosti biti razvoj softvera u uslovima multirpocesorskog računarstva.

• • •

Kada vas je poslednji put neko tehnološko dostignuće ostavilo bez daha? Da li je to bilo nedavno? Da li očekujete da se tako nešto desi u skorijoj budućnosti? Ako je na poslednja dva pitanja odgovor bio ne, razmislite da malo više pažnje posvetite tekstovima na ovu temu. Pregršt novih tehnologija, proizvoda i usluga su tu, među testovima novog zakrivljenog telefona ili tabličnog računara nestandardne dijagonale ekrana, i čekaju na vas i vašu pažnju. Ako vas zainteresuju, vi ćete to ispričati prijateljima, porodici, poznanicima, u školi, na fakultetu, poslu ili na nekoj konferenciji. A tada će magija kolektivnog intelekta već odraditi svoje i vi ćete sa osmehom jednog dana moći svojoj deci ili unucima reći da ste pre mnogo godina vi s tim i tim o tome i tome razgovarali.

Momir ĐEKIĆ