Системотехнические аспекты перспективных компьютерных технологий

Системотехнические выводы по лекции 7

1. Принципиальное отличие электроники квантовых и супрамолекулярных гетероструктур состоит в том, что в таких гетероструктурах переходные процессы уже существуют априори и носят существенно вероятностный характер. Поэтому при их разработке и эксплуатации необходимо подавить множественные "паразитные" полимодальные взаимодействия как внутри гетероструктуры, так и с внешней средой. В субмикронных твердотельных вентилях строго фиксированные детерминированные переходные процессы создаются и поддерживаются в широком диапазоне изменения внешних воздействующих факторов разработчиком и эксплуатирующим персоналом средств вычислительной техники.
2. Классическая технология кремниевой компиляции сохранит свою актуальность и в нанометровых вычислителях с той разницей, что:
   • может измениться на противоположное отношение "простой-сложный" между логическими и арифметическими функциями и реализующими их блоками и между комбинационными и конечными автоматами, работа которых приобретет вероятностный характер, включая и (до)определение начальных и текущих состояний;
   • размещение библиотечных бит-, слов- и поток-инструкций в тело (микро)программы практически всегда будет сопровождаться их структурно-функциональной "деформацией", которая требует определенных энергетических затрат.

   При этом на смену философии сколь угодно большого числа циклов использования ограниченных и фиксированных библиотек бит-, слов- и поток-инструкций придет философия ограниченного числа циклов работы с "произвольными" и "вырожденными" в структурно-функциональном отношении библиотеками. В результате программно-аппаратная "ремонтопригодность", а вместе с ней и программно-аппаратные методы и средства восстановления работоспособности и парирования отказов приобретут атрибутивный характер, так как в пределе могут оказаться задействованными на каждом цикле реализации если и не бит-инструкций, то по крайней мере слов- и /или поток-инструкций. В таких условиях могут оказаться более эффективными:

   • критерии оптимальности, учитывающие не минимум аппаратно-временных затрат на решение каждой задачи, а максимум структурно-функционального сходства (родства) в общем случае непрямых алгоритмически ориентированных вычислителей-наследников и вычислителей-предков;
   • методы и средства структурно-функциональной адаптации и эволюции открытых систем, которые в явном виде учитывают энергетические (термодинамические) затраты на:
     • частичную или полную деструкцию вычислителя-предка;
     • полную или частичную консервацию термов вычислителя-предка для их дальнейшего использования в непрямом и, вообще говоря, отстоящем во времени вычислителе-наследнике;
     • поддержание устойчивого функционирования вычислителя-наследника, "родственного" структурно-функциональной схеме вычислителя-предка, на интервалах активности задач и т. п.;
   • в) не методы классической компиляции программ, а формальнологические методы интерпретации задач-наследников в терминах задач-предков, которые могут изменять отношение "родства", повышая живучесть одной из задач-предков, а значит, и одного из вычислителей-предков.
3. В нанометровых вычислителях ассоциативная обработка приобретает атрибутивный характер, обеспечивая если и не высокодинамичную, то по крайней мере приемлемую по времени структурно-функциональную адаптацию гипербольшого коллектива вычислителей (в случае полной деструкции вычислителя-предка) под требования как задач-наследников, так и действующей карты отказов. При этом традиционные ассоциативные конструкции приобретут полимодальный физический или (био)химический характер и в большей мере будут использоваться для задания начальных условий работы гиперпараллельных вычислителей за счет прямого множественного доступа и множественного отклика памяти голографического типа, обеспечивающей при необходимости взаимодействие ячеек памяти и "элементарных" вычислителей по схеме "каждый с каждым". Основанная на дуализме потоков инструкций и данных существенно полимодальная PD- ассоциативность больше подходит для высокодинамичной модификации структурно-функциональных схем гиперпараллел ьных вычислителей за счет прямых, "семантических", локальных, а при необходимости и (сверх)массовых преобразований пространственно фиксированного потока инструкций обрабатываемыми ими потоками данных.
4. В решение центральной системотехнической проблемы устойчивого взаимодействия нанометрового вычислительного ядра, подчиненного законам квантовой механики, с "внешней средой", подчиненной законам классической физики, решающий вклад могут внести (био) молекулярные структуры, способные трансформировать макровозмущения в микроструктурные или микрофункциональные изменения и наоборот. Однако инструктированный синтез устойчивых (био) молекулярных структур с заранее заданными "вычислительными" свойствами представляет собой нерешенную проблему биохимии и генной инженерии. Поэтому по крайней мере на ранних этапах становления нанометровых вычислителей сохранит свою актуальность технология компиляции на основе стандартных (био)молекулярных структур, однозначно связанных с библиотеками интерфейсных, а возможно, и основных вычислительных функций.
5. Если в (суб)микронных изделиях электроники задача потребления энергии, отвода и рассеяния тепла решается на схемотехническом и конструктивно-технологическом уровнях проектирования, то в нано-метровых вычислителях для этого придется привлекать и системотехнический уровень, обеспечивающий пространственно-временное перераспределение парциальной энергии за счет ее аккумулирования и расходования в специфической для отдельных элементов, блоков и устройств физико-химической форме.

   В результате кардинальным образом возрастет и "интеллектуальная" нагрузка на (нейро)компиляторы, с помощью которых придется синтезировать существенно неоднородную, согласованную по динамике производства, аккумулирования и расходования квантовую систему обеспечения масс-энергией всех компонент нанометровых вычислителей.
6. При выходе вычислительной техники в нанометровую область должны стереться отличия между дискретными и непрерывными вычислительными системами и между опто- и микроэлектронными.

   Первое обусловлено двойственной природой взаимодействия связанных элементарных частиц, а второе - функциональной схемой нанометровых вычислителей, в которой потоки энергии используются для кодирования информационных и/или идентификационных переменных, задающих состояния атомарных и/или молекулярных структур, служащих рабочим телом таких вычислителей.
7. Переход в нанометровую область ставит принципиально новые задачи объединения в единый производственный цикл фактически неразрывных процессов:
   • "формализации" задач пользователя,
   • "проектирования" нанометровых вычислителей путем компиляции или интерпретации алгоритмов и программ на уровне квантовых процессов,
   • адаптации или "производства" в неоднородном функционально-логическом и "технологическом" базисе гиперпараллельных вычислителей,
   • поддержания условий их правильного функционирования в широком диапазоне изменения внешних воздействующих факторов и при наличии карт отказов и т. п.

   В идеале все эти этапы необходимо реализовать в (квази)реальном масштабе времени, на фоне "непрерывных" вычислений функций-предшественников и в логической последовательности, отвечающей созданию и использованию алгоритмически ориентированных (суб)про-цессоров, так как маршрутную карту "производства" или схему адаптации нанометровых вычислителей можно сформировать после, возможно, и опережающего во времени определения структурно-функциональной схемы решения активизируемой задачи, задающей номенклатуру бит-, слов- и поток-инструкций и систему связей между ними. В таких условиях доминирующую роль начинают играть не аппаратные, а временные и энергетические затраты, обуславливающие динамику перехода от фазы "проектирования" к фазе "эксплуатации" через фазу "производства" или структурно-параметрической адаптации нанометровых вычислителей, которые являются алгоритмически ориентированными при решении каждой задачи.
8. Принципы и методы организации вычислений и парирования отказов в существующих МКМД-бит-потоковых (суб)процессорах и вычислителях на произвольно коммутируемых через голографиче-скую память оптоэлектронных вентильных матрицах можно рассматривать только как переходные и требующие модификации для гиперпараллельных нанометровых вычислителей, т. к. в последних окончательно теряют смысл понятия "заданная функция", "сбой" и "отказ", которые необходимо заменить понятиями "заданный класс функций" и "неадекватное (заданному классу) функционирование".

   Такая смена атрибутивных понятий призвана отразить объективно существующий факт: в сверх- и гиперпараллельных вычислителях нанометрового диапазона однозначно и без ошибок описать, отобразить на аппаратуру и устойчиво реализовать или по крайней мере подтвердить устойчивость реализации требуемой функции и даже класса эквивалентных в некотором смысле функций в принципе невозможно.
9. Нейрокомпиляторы для гиперпараллельных нанометровых вычислителей окажутся эффективными, если сыграют роль:
   • интеллектуальной надстройки для классических компиляторов программ, обеспечив формализацию задач пользователя и генерацию ее эквивалентных представлений (интерпретацию) для нормальных условий функционирования и при наличии карт отказов (необходимое условие);
   • интеллектуального базиса для классических кремниевых компиляторов, обеспечив прямое отображение задач пользователя, представленных в неформализованном виде, на физический или (био)химический процесс, положенный в основу того или иного проблемно- или алгоритмически ориентированного вычислителя (достаточное условие). Оба условия можно удовлетворить, если интеллектуальное ядро самого нейрокомпилятора реализовать на базе теоретико-групповых преобразований, адекватных преобразованиям квантовых систем и допускающим множественность представлений (интерпретаций) одной и той же задачи пользователя (структурно-функциональный полиморфизм).
10. Операционное ядро (нейро)компиляторов гиперпараллельных вычислительных систем нанометрового диапазона должно базироваться на теоретико-групповых преобразованиях, пригодных для формализации процессов предметной области и фактически незаменимых при описании физико-химических процессов атомарного и/или молекулярного уровня работы "элементной базы", где различные виды симметрии играют решающую роль в задании фундаментальных свойств конкретных квантовых систем, используемых в качестве "рабочего тела" таких вычислителей.