Evolutia extrem de rapida a tehnologiei informatiei si comunicatiilor (Urmare din nr. trecut)

In secolul al XX-lea s-au petrecut cele mai mari schimbari in viata cotidiana, mai multe decat in orice alt secol anterior, si marea majoritate a acestor schimbari s-au produs datorita tehnologiilor electrice, bazate pe lucrarile fizicianului James Clerk Maxwell. Lista celor mai importante realizari electrice include: utilizarea puterii electrice, telecomunicarea instantanee, aplicatiile casnice ale energiei electrice, automatizarea in intreprinderi, radioteleviziunea, cinematograful, electronica aviatica si pentru explorarea spatiala, instrumentarul de cercetare stiintifica, tehnologiile medicale, calculatoarele si Internetul, videocasetofonul si alte surse de informare si divertisment transmise prin Internet. Si aceasta lista ar putea fi detaliata pe zeci de pagini. Ceea ce este evident este faptul ca secolul al XX-lea poate fi denumit ca fiind Secolul electricitatii. In prezent exista tendinta de a se afirma ca noi traim in era controlului si a calculului postnumeric, o era bazata pe numeroase discipline noi menite sa realizeze procesarea cunostintelor, al caror volum global creste exponential. Cunoasterea este informatie cu inteles si/sau informatie in actiune. In contradictie cu legea entropiei, potrivit careia, in decursul timpului, informatiile se disperseaza si se uita, omul este singura fiinta vie, identificata pana in prezent, care de secole si milenii isi transmite experientele de la o generatie la alta, la inceput prin vorbire, mai tarziu prin scris, apoi prin tipar, prin radiotelefonie, iar in prezent prin tehnologia informatiei si comunicatiilor.
Este greu, daca nu imposibil, sa se traseze granite precise si stabile intre noile domenii de soft computing ca: sisteme fuzzy, retele neurale, algoritmi genetici, sisteme haotice, realitate virtuala, sistemele expert, care tind sa fie inlocuite, si sistemele inteligente care combina creativ noile abordari tehnologice si iau locul clasicelor sisteme automate de prelucrare a semnalelor si datelor.
Orice estimare asupra viitorului lumii in care traim, datorita atat ritmului extrem de rapid, cat si diversitatii directiilor potential posibile de evolutie, ar fi in mod sigur speculativa chiar si numai pentru urmatorii 25 de ani. Cu toate acestea, ceea ce se poate afirma cu certitudine este ca tehnologia informatiei si comunicatiilor (TIC) va influenta intregul mediu in care traim.
|n luna iulie 2000, la conferinta la varf a grupului G8 a fost aprobat documentul “Okinawa Charter of the Global Information Society”. Aceasta carta este semnificativa pentru procesul globalizarii deoarece isi indreapta atentia asupra factorului esential, tehnologia informatiei si comunicatiilor, asupra Internetului. In prima parte a acestui document se arata:
“Tehnologia informatiei si comunicatiilor (TIC) este una dintre cele mai puternice forte pentru conturarea secolului XXI. Impactul ei revolutionar afecteaza modul in care popoarele traiesc, invata si muncesc si modul in care guvernele interactioneaza cu societatea civila. TIC devine repede un motor vital al cresterii pentru economia mondiala. (...) Esenta transformarii economice si sociale antrenate de TIC este puterea ei de a ajuta indivizii si societatile pentru utilizarea cunoasterii si ideilor. In acest scop trebuie sa ne asiguram ca TIC serveste obiectivelor, cu suport mutual, in a crea cresterea economica durabila, de a angaja bunastarea publica, de a cimenta coeziunea sociala si de a lucra pentru a realiza pe deplin potentialul ei pentru intarirea democratiei, cresterea transparentei si raspunderii in guvernare, pentru a promova drepturile omului. Indeplinirea acestor obiective si abordarea acestor sfidari vor cere strategii nationale si internationale”.
Idei frumoase care contin germenii unei civilizatii globale. Aceste idei se impun dincolo si chiar prin interesele participantilor G8. Ei au nevoie de extinderea pietelor de desfacere, dar intr-un climat mondial economic si social calm, fara terorism, fara razboaie, fara spargatori de coduri, fara virusi. Sa speram ca un asemenea climat va deveni posibil ...
|n istoria tehnologiei, dezvoltarea masinii de calcul este unica. Nici o alta realizare tehnica nu a inregistrat progrese atat de rapide dupa inventarea sa.
De la John Napier, Blaise Pascal, Gotfried Wilhelm Leibnitz pana la Alan Turing si Bill Gates, o multime de creatori tehnici au contribuit la conceperea si dezvoltarea masinii de calcul, ajungand astazi la niveluri de evolutie de neconceput cu numai cativa ani in urma.
Calculatoarele au influentat si influenteaza viata noastra de zi de zi din ce in ce mai intens. Ele se afla peste tot acum: la birou, la domiciliu, in gari, in banci, in scoli, in spitale, in parcuri de distractie. Comparatia primului calculator electronic (ENIAC ) cu cele mai moderne calculatoare din zilele noastre confirma pe deplin afirmatia facuta.
Cu o generatie in urma nu existau CD-uri, nu existau cabluri TV, nici masini automate bancare nici PC-uri. Calculatoarele erau, in cel mai bun caz, niste masini de dimensiunile unor frigidere si trebuiau sa lucreze in spatiu climatizat. La cea de-a 25-a aniversare a primei aselenizari umane, un documentar de televiziune (C.N.N.) a precizat ca modulul lunar, folosit de astronautii de pe Apollo, avea la bord o capacitate de calcul mai mica decat cea care era instalata in anul 1994 la bordul unui automobil cu control electronic al functionarii.
Ubicuitatea calculatoarelor si ritmul rapid de evolutie tehnologica a acestora sunt aspectele cele mai semnificative ale actualei revolutii informatice.
Dezvoltarile microprocesoarelor, memoriilor, a softwareului, a tehnologiilor de comunicatii au condus la convingerea ca standardele INTERNET si tehnologiile specifice ne pot ajuta sa construim retele de calculatoare capabile sa conecteze pe oricine in orice loc.
Impreuna cu dezvoltarea comunicatiilor, calculatoarele au facilitat aparitia a noi mijloace mediatice care au determinat multiexplozia informationala la scara planetara.
In viitorul imediat nu va exista nici o institutie, nici o persoana, nici un guvern care sa nu suporte impactul TIC. Pentru a justifica aceasta afirmatie vom analiza evolutia unor parametri si vom face extrapolari justificate pentru a vedea incotro ne indreptam. Sa ne referim in primul rand la dispozitivele de stocare a informatiei. In anii '50 ai secolului al XX-lea, inaintea aparitiei unitatii de memorie cu discuri magnetice, pentru stocarea unui singur bit era nevoie de o cantitate mare de material, circa 1 miliard de miliarde de atomi. Extrapoland ce s-a intamplat in ultimii 50-60 de ani in domeniul stocarii informatiei, rezulta ca pentru stocarea unui singur bit, in anul 2008 va fi nevoie de numai circa 1 milion atomi, iar in anul 2025 de numai 1000 de atomi. Intrebarea justificata care se poate pune este daca in viitor s-ar putea cobori sub densitatea de stocare de 1bit/1000 atomi sau daca s-ar putea depasi limita impusa de efectul superparamagnetic (SPE) .
In primul rand se poate observa ca tehnologia de stocare si de regasire a informatiei a evoluat extrem de rapid. In timp au fost utilizate cel putin cinci tehnologii diferite de stocare a informatiei (fig.1). Pe masura ce o tehnologie si-a redus utilitatea, cealalta a fost in plina dezvoltare. S-a plecat de la inelul de ferita magnetica (Magnetic Core) la banda magnetica, la bule magnetice (Magnetic Bubble) si la discuri magnetice, apoi la film subtire (Thin Film) si la discuri optice (Optical Disk), dintre care cel mai reprezentativ este Hyper CD-ROM-ul. In ceea ce priveste capul magnetic de citire, tehnologia a evoluat, de asemenea, de la capul magnetic inductiv la capul cu film subtire, la capul magnetorezistiv, la capul magnetorezistiv gigant. Daca se extrapoleaza aceasta tendinta de perfectionare continua a tehnologiei si se pleaca de la 10.000$SUA, cat costa inmagazinarea unui megabyte de informatie in 1956, anul construirii primei unitati de memorie cu discuri magnetice, se ajunge la circa 0,1$SUA pentru a stoca acelasi megabyte azi si se poate estima ca in anul 2025 se va putea stoca cu 1,0$SUA 1TB de informatie.
In prezent in laboratoare se poate stoca un bit de informatie intr-un atom individual si se considera ca aceasta nu este inca limita. Nu exista un principiu al incertitudinii al lui Heisenberg care sa spuna ca trebuie sa te opresti la un atom individual. S-ar putea stoca un multiplu de biti de informatie in structura electronica a atomului. Nu se cunoaste inca cum s-ar putea realiza stocarea informatiei in structura electronica, dar tehnologia inmagazinarii informatiei intr-un singur atom nu mai este “science fiction”.
Cresterea capacitatii de stocare a discului nu este singura problema. Trebuie acordata atentie si ratei de transfer a informatiei. Desi capacitatea de stocare a crescut cu 130 % anual, rata de transfer a crescut, tot anual, cu numai 40%. Pentru a creste rata de transfer trebuie crescuta turatia discului, care este limitata de cresterea turbulentei aerului si de cresterea vibratiilor, ceea ce ar putea provoca pierderi de informatie inregistrata.
Este posibila o bifurcare a pietei: o parte pentru discuri optimizate pentru capacitate de stocare, utilizate pentru memorii de masa (baze de date), o alta parte pentru discuri cu viteza mare de transfer, utilizabile in exploatarea fisierelor curente. In al doilea rand, energia necesara pentru efectuarea unei operatii simple intr-un calculator a scazut continuu (fig. 2.). Cantitatea de energie cheltuita in scopul mentionat a scazut din 1940 pana in 1990 cu 12 ordine de marime. Daca se extrapoleaza aceasta tendinta, pana in 2025, energia necesara pentru o simpla operatie de calcul va scadea pana la energia necesara pentru generarea unei inductii magnetice de un kT , adica pana la energia comparabila ca marime cu cea existenta in atomi. Se poate demonstra ca, in mod real, nu se consuma energie in procesul de calcul, atat timp cat nu se iroseste informatie, si acest tip de proces a fost numit calcul adiabat. In prezent se pot construi deja circuite care folosesc “trucuri” de calcul adiabat.
Incepand cu anul 2000, in literatura de specialitate se considera ca directia de cercetare de cea mai mare perspectiva pentru dezvoltarea tehnologiei informatiei este realizarea de calculatoare cu functionare “autonoma”, adica de calculatoare capabile sa-si raspunda singure la eventualele probleme privind securitatea functionarii prin recuperarea functionalitatii prin autoreparatii, fara interventia omului. Termenul de “calculator autonom” poate suna ezoteric, dar el va avea implicatii practice prin reducerea costului total al exploatarii (costul instalarii, mentinerii operabilitatii, intretinerii curente si periodice a sistemului), precum si prin eliminarea pericolelor generate de virusi.
In al treilea rand, memoriile statice deschid perspective de stocare si mai importante. In domeniul semiconductorilor actioneaza legea lui Moore, care spune ca putem stoca tot mai multa informatie in densitati din ce in ce mai mari pe o placheta de siliciu. Diagrama din figura 3 arata ca pretul unei memorii pe semiconductor (memorie dinamica cu acces aleatoriu – DRAM – Dynamic Random Access Memory) a scazut cu 27% pe an din 1970 pana in anul 2000. Daca se face o analiza a legii lui Moore, luand in considerare factorii tehnologici care faciliteaza realizarea acesteia, ca de exemplu sedevistica necesara pentru a face lucrurile mai mici (fig.4.), rezulta ca ritmul de reducere indicat de aceasta lege se va atenua treptat, lent, el nu va scadea brusc. Analiza stadiului de realizare si a perspectivei de evolutie a celor 7 elemente tehnologice de baza, pentru ca legea lui Moore sa-si mentina ritmul de reducere initial, indica o usoara reducere a ritmului initial. Singurele exceptii care ar indica o reducere mai pronuntata sunt litografia optica, care nu are inca solutii tehnologice alternative de substitutie, si rata de crestere a cheltuielilor pentru cercetare-dezvoltare care s-a redus. In fapt, la inceputul secolului al XXI-lea nu exista nici un motiv sa se considere ca in urmatorii 10-12 sau chiar 15 ani, legea lui Moore nu se va aplica. In plus, este greu de apreciat cum vor evolua tehnologiile specifice in viitor. Se pot face estimari numai pe baza experientei anterioare, dar in dezvoltarea stiintei si tehnicii pot exista si salturi.
Dezvoltarea in continuare a TIC va insemna depasirea unor bariere fundamentale din domeniul fizicii, chimiei, al stiintei materialelor pentru a construi dispozitive si echipamente informatice mai mici, mai rapide, mai sensibile. Se apreciaza ca dispozitivul de baza, MOSFET-ul, care a fost pana in prezent cel mai uzitat in evolutia dispozitivelor de calcul, isi va atinge limitele dezvoltarii in urmatorii 10 ani. MOSFET-ul a putut echilibra cerintele dezvoltarii proceselor de prelucrarea informatiei cu posibilitatile tehnologice existente de fabricatie si pe masura ce dimensiunile sale s-au redus la scara, performantele sale au crescut continuu. Pentru a inlocui MOSFET-ul au fost propuse noi dispozitive nanotehnologice: dispozitive cuantice, tranzistoare cu un singur electron, dispozitive unimoleculare. In literatura se apreciaza ca dispozitivele unimoleculare au cele mai mari perspective de realizare deoarece prezinta urmatoarele avantaje: dimensiuni nanometrice, functionalitate ridicata, posibilitate tehnologica de a fi realizate in productie de masa. Arhitectura curenta a unui calculator este arhitectura Von Neumann, care include circuite logice, memorii si programe stocate si aproape toate calculatoarele construite in prezent utilizeaza MOSFET-ul. Un calculator cu arhitectura Von Neumann isi amplifica performantele pe masura ce numarul de elemente constituente este mai mare, iar viteza de operare este mai ridicata. Aplicand aceasta regula, se poate prevedea ca dispozitivele unimoleculare vor creste performantele cu cateva ordine de marime, in special datorita amplificarii vitezei de comutatie. Daca se adauga la aceasta cresterea densitatii de integrare prin utilizarea acestui tip de dispozitive se poate concluziona ca dispozitivul unimolecular va fi elementul constructiv de baza in urmatoarea etapa a construirii dispozitivelor de prelucrare a informatiei.
(Continuare in numarul viitor)