Какие катастрофы нас ожидают до 2020 года

Сколько протянет закон Мура

В апреле 1965 г. журнал Electronics опубликовал прогноз тогдашнего главы научно-исследовательского отдела фирмы Fairchild Semiconductor Гордона Мура. Сейчас Муру 86 лет, он имеет мировую известность как основатель корпорации Intel и автор закона, сформулированного на страницах Electronics. В статье утверждалось, что число транзисторов на одном компьютерном чипе будет удваиваться каждый год, а стоимость чипа - оставаться постоянной. В 1975 г. Мур ослабил свой прогноз до удвоения плотности чипа каждые два года. В таком виде закон Мура выполняется до сих пор. Предсказываемый им рост возможностей вычислительной техники неизменно обеспечивался инновациями в Силиконовой долине. Нынешние смартфоны обладают большей вычислительной мощностью, чем ЭВМ, обеспечивавшие первые полеты людей в космос и на Луну. Свой первый прогноз Мур озвучил, когда транзисторы были размером с резинку на конце карандаша. Теперь 6 млн транзисторов могут уместиться в точке.

Постоянство, с которым соблюдался закон Мура, позволило компаниям уверенно инвестировать в развитие сложных технологий, дисплеев, сенсоров, памяти, программного обеспечения, интернета. Все это время цена единицы вычислительной мощности продолжала падать. Уверенность в надежности предсказания стала формировать ожидания. "В самом начале это был просто способ описания хроники прогресса, - сказал Мур о своем законе в недавнем интервью. - Но постепенно это стало чем-то, что различные участники отрасли должны были признать, чтобы не отстать технологически". Сегодня пользователи рассчитывают, что рынок будет предлагать все более скоростные, компактные и дешевые устройства. Этот императив заставляет производителей двигаться вперед, чтобы соответствовать установленным ими же темпам прогресса.

Правда, неоднократно случались периоды, когда рост возможностей вычислительной техники затормаживался. Однако всякий раз по прошествии времени появлялись новые технологии, которые вызывали ускорение прогресса и возвращали плотность чипов на траекторию, соответствующую закону Мура. Очередной такой рывок происходит сегодня. В начале июля корпорация IBM объявила о разработке чипа нового типа с плотностью в четыре раза выше той, которую имеют наилучшие современные аналоги, доступные на рынке. До недавнего времени компании-производители были способны выпускать кристаллы, в которых поддерживался 14-нанометровый техпроцесс, а сейчас планомерно переходят на стандарт 10 нм. Но IBM открыла способ создания транзисторов размером 7 нм (для сравнения: диаметр спирали ДНК составляет 2 нм), которые быстрее переключаются и используют меньше энергии. Корпорация заявляет, что это удалось ей благодаря использованию сплава кремния и германия вместо обычного кремния. Названная IBM плотность - более 20 млрд транзисторов на чипе - означает продление срока действия закона Мура как минимум до 2018 г. Дальнейшее уплотнение вскоре упрется в технологический порог. Именно в этом причина огромных капиталовложений в нанонауку, без которой невозможны нанотехнологии. На повестке дня стоит создание следующего поколения электроники, которое будет использовать транзисторы размером с молекулу.

Но лет через десять уже и молекулярные транзисторы перестанут удовлетворять закону Мура, который требует регулярного уменьшения размеров. Тогда будут востребованы технологические решения типа оптических и квантовых компьютеров, где роль рабочего устройства играют группы световых частиц (фотонов) или же группы атомов, ионов, электронов. Сейчас такие компьютеры еще выглядят фантастическими или, по крайней мере, экзотическими, хотя работа над ними идет полным ходом во многих исследовательских центрах, как государственных, так и частных, а результаты считаются военной или коммерческой тайной. Конечно, нет никакой гарантии, что все это даст результат. Не исключено, что технологический порог действительно непреодолим.

Может показаться, что не будет ничего страшного, если в какой-то момент закон Мура перестанет выполняться и рост возможностей цифровых устройств и коммуникаций прекратится. Мол, уже имеющиеся компьютеры, смартфоны, интернет - это и так чудо. Но не нужно забывать об общественных ожиданиях, превратившихся за полвека в устойчивую привычку, и в особенности об ожиданиях военных ведомств тех государств, которые усиленно наращивают возможности своей космической разведки. Поэтому в течение ближайших 10-15 лет будут стремительно расти расходы, и сейчас уже немалые, на разработку принципиально новой цифровой техники, в частности, тех же оптических и квантовых компьютеров. Скорее всего, на первый план выйдет государственное финансирование, а дальше и международная кооперация, в которую, однако, будет вовлечен только избранный круг стран.

Если спутники выйдут из строя

Конец действия закона Мура - не единственная опасность, угрожающая развитию цифровых технологий, в том числе оборонных. Самым уязвимым звеном в мировой системе коммуникаций являются спутники. Если они вдруг выйдут из строя, последствия этой катастрофы будут едва ли мягче, чем ядерная зима. Хуже всего то, что спутники могут быть уничтожены не только оружием, но и самой природой, например сильной солнечной бурей. Зловещий прецедент уже был - вспышка Каррингтона (названа по фамилии ее первооткрывателя, английского астронома Ричарда Каррингтона). Она произошла 1 сентября 1859 г. и спровоцировала выход из строя телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке. Если на нашем светиле вновь случится такой супершторм, вся высокотехнологичная земная цивилизация вернется в развитии назад на несколько поколений. Геомагнитные возмущения вызовут перегрузку в магистральных сетях и поджарят все наши электронные устройства, включая спутники.

Другой сценарий, называемый эффектом Кесслера, был описан в 1978 г. консультантом NASA Дональдом Кесслером: ближний космос станет полностью непригодным для практического использования из-за космического мусора. Взрыв одного или столкновение двух достаточно крупных объектов приведет к появлению большого количества осколков, каждый из которых способен, в свою очередь, столкнуться с другим мусором, что вызовет рождение все новых и новых обломков. Еще в 2010 г. NASA пришла к выводу, что на низких околоземных орбитах (160-2000 км над поверхностью планеты) уже с 2007 г. достаточно крупного мусора и спутников для инициации эффекта Кесслера. Вероятность его возрастает по мере запусков новых космических аппаратов.

Полная потеря спутников приведет к серьезному сбою в нашей высокотехнологичной жизни. Практически сразу же резко снизится способность к коммуникации, передаче информации и проведению различных цифровых сделок. Все телекоммуникационные кабели и сети, проложенные на земле и под водой, окажутся бесполезной кучей проводов. Бесполезными станут и сотовые телефоны. В удаленных зонах люди, полагающиеся на спутниковое телевидение, интернет и радио, в одночасье попадут в информационную изоляцию и коммуникационную блокаду.

Канадская компания BCA Research, занимающаяся глобальными макроэкономическими исследованиями, предрекает, что через 10-15 лет человечество ожидает своего рода фазовый переход. Подобно тому, как вода при нагревании до 1000 C переходит в пар, перейдет в новое состояние и цивилизация, когда производительность компьютеров (нормированная на $1000 их стоимости) достигнет уровня человеческого мозга. Диаграмма, построенная BCA Research, показывает, как рос этот показатель в течение десятилетий. Современный настольный компьютер по производительности едва сравнялся с мозгом мыши, но уже в 2025-2030 гг. машинный интеллект сможет соревноваться с человеческим. Правда, по прогнозам BCA Research, это будет под силу лишь оптическим, квантовым или ДНК-компьютерам, технологии которых пока только в начальной стадии разработки.

Вместе со спутниками мы потеряем и доступ к системе глобального позиционирования. За годы своего существования GPS стала неотъемлемым сервисом, на который полагаются не только люди, но и многие компьютеризированные системы. Пострадают все, начиная от авиации и заканчивая банками. Нелишне напомнить, что GPS - это не только средство предоставления информации о местонахождении, но также и система определения времени. Отсутствие правильной синхронизации особенно сильно скажется на банковском секторе, поскольку тайминги транзакций требуют записи. Платежи кредитными картами и банковскими аккаунтами, вероятнее всего, будут полностью заморожены. Миллиарды долларов, евро и другой валюты просто исчезнут из бизнеса. Разумеется, за этим последует сильнейший финансовый кризис.
Для возвращения к прежним технологическим стандартам может потребоваться не один десяток лет. Например, если повторится вспышка Каррингтона, нам придется очень долго восстанавливать необходимую инфраструктуру, потому что поврежденными окажутся не только космические спутники, но и вся наземная электроника. Американская армия уже готовится к возможности таких событий и разрабатывает методы и средства, которые позволят очень быстро наладить связь. Поначалу помогут маленькие спутники, которые можно запустить на низкие околоземные орбиты. Возврат же полноразмерных спутников на геостационарную орбиту (35 786 км над уровнем моря), несомненно, станет более сложной задачей - потребуются многие годы, чтобы доставить их в космос.

В случае эффекта Кесслера, прежде чем запускать на низкие околоземные орбиты новые спутники, придется избавиться от обломков старых аппаратов. На расстоянии до 500 км от уровня моря, т.  е. в термосфере, где есть заметные следы воздуха, мусор постепенно сам будет снижаться, пока не сгорит в более плотных слоях атмосферы. Но на это уйдет не менее 10 лет. А очистка более высоких орбит, требующая колоссальных затрат, скорее всего, будет отложена до тех пор, пока экономика не оправится от удара.

Сценарии космической войны

В случае войны между космическими державами спутники будут в числе первых целей. Один из возможных сценариев отображен в новой книге Питера Сингера и Августа Коула "Призрачный флот: Роман о следующей мировой войне" (Ghost Fleet: A Novel of the Next World War). Китайское правительство решает использовать высокоэнергетическое оружие, установленное на спутниках-перехватчиках, для уничтожения важных стратегических точек США. В результате десятки околоземных спутников оказываются уничтоженными еще до того, как начинаются наземные боевые действия. Есть и другие сценарии. Джефф Кейтер из Института им. Джорджа Маршалла (Арлингтон, штат Виргиния) напоминает, что воюющие стороны могут нейтрализовать или уничтожить спутники с наземных станций, используя специальные глушилки, ракеты (в том числе с ядерными зарядами) и лазеры.

На нужды США сейчас работают около 1100 активных спутников. "Все они являются нервной системой не только нашей экономики, но и нашей армии. Именно по этой причине Россия и Китай недавно начали испытания нового поколения противоспутникового оружия, что, в свою очередь, привело к дополнительным вливаниям $5 млрд в военный бюджет США для разработки различных космических боевых комплексов", - пишет Питер Сингер. Он указывает, что все дроны, ракеты и даже наземная техника окажутся бесполезными без GPS и потеря космоса будет означать также и фактическую потерю флота.

Молекулярный транзистор уже изобретен

Ученые из Института электроники твердого тела им. Пауля Друде (Германия), Лаборатории фундаментальных исследований (Япония) и Военно-морской исследовательской лаборатории (США) сумели создать надежный транзистор, состоящий из одной молекулы и дюжины атомов. В нынешнем поколении электроники расстояние между клеммами переключателя транзисторов составляет около 30 атомов. Если сильно уменьшить его, атомы начнут перепрыгивать с одной клеммы на другую вне зависимости от того, замкнута цепь или нет. Молекулярные транзисторы как раз и способны решить данную проблему.

Опубликовано в ежемесячнике "Власть денег" за сентябрь 2015 г. (№9/434)