Главные события прошедшей недели. Выпуск 102

Три физика из США, Китая и Канады на этой неделе удостоились высшей награды в научном сообществе - Нобелевской премии, вручаемой за исследования и открытия, способные изменить мир и жизнь общества. В этом году премию было решено разделить следующим образом. Половина приза досталась ученому китайского происхождения Чарльзу Као за его работы по изучению передачи света посредством оптоволоконных линий связи. Вторая половина премии была разделена между сотрудниками компании Bell Laboratories Виллардом Бойлом (Willard Boyle) и Джорджем Смитом (George Smith) за изобретение интегральных микросхем CCD.

Чарльз Као за исследованием свойств оптоволокна.

Даже беглого взгляда на список достижений лауреатов Нобелевской премии достаточно, чтобы понять, насколько сильно их открытия изменили жизнь современного общества. Работы Чарльза Као легли в основу высокоскоростных оптоволоконных линий передачи информации, приведя к настоящей революции в области коммуникаций и становлению современного информационного общества. К примеру, появление и повсеместное распространение глобальной сети Интернет обязано именно его исследованиям. Технология передачи информации по оптоволокну основана на таком феномене, как полное внутреннее отражение - свет внутри прозрачного материала не выходит за его пределы, полностью отражаясь от границы раздела двух сред. Впрочем, первоначально научное сообщество с изрядной долей пессимизма относилось к идее передачи информации по оптоволокну на большие расстояния. Причиной тому оставался слишком высокий коэффициент потерь при передаче светового сигнала - до 1000 дБ на один километр оптоволоконного кабеля. Основная догадка Чарльза Као заключалась в предположении, что к столь существенным потерям сигнала приводят не сами свойства оптоволокна, а примеси, присутствующие в материале. Впоследствии ученый совместно со своими коллегами показал, что именно примеси и неоднородности материала, из которого изготовлено оптоволокно, рассеивают и поглощают световую энергию, не позволяя передавать закодированную световыми импульсами информацию на значительные расстояния. После своего открытия Чарльз Као начал проводить исследования по изготовлению и изучению свойств оптоволоконных кабелей, изготовленных из стекла особо высокой чистоты. Результаты превзошли все ожидания - вместо ослабевания сигнала на 1000 дБ удалось добиться ослабевания сигнала всего лишь на единицы децибел на каждый километр. К семидесятым годам прошлого века исследователям удалось разработать технологию получения особо чистого кварцевого стекла в промышленных масштабах. Это позволяло выпускать оптоволоконные кабели с уровнем рассеяния/поглощения светового сигнала около одного децибела на один километр. Таким образом, была создана основа для дальнейшего бурного развития отрасли телекоммуникаций, которое в конечном итоге вылилось в объединение стран и материков в единую высокоскоростную глобальную сеть.

Презентация технологии LightPeak.

Раз уж мы заговорили о высокоскоростной передаче информации посредством оптоволоконных линий, то необходимо сказать пару слов о будущем LightPeak. Этот интерфейс разработан компанией Intel и впервые был показан публике в ходе прошедшего осеннего форума IDF 2009. Тогда же официальными лицами была озвучена информация о планах коммерческого использования LightPeak - начало продаж соответствующих кабелей намечено на 2010 год. На тот момент более точной информации так и не поступило, зато теперь мы можем с уверенностью сказать - технология LightPeak может появиться на мировом рынке уже в самом начале следующего года. Одной из первых выпустит в продажу LightPeak-продукцию компания Foci Fiber Optic Communication, и ей станут оптоволоконные кабели с разъемом, внешне очень напоминающим разъем интерфейса USB. Если верить неофициальным сведениям, интерес к технологии, позволяющей передавать до 10 Гбит данных за одну секунду, проявляет и компания Apple, которая может реализовать поддержку технологии LightPeak в одной из своих следующих моделей персональных компьютеров.

Виллард Бойл (слева) и Джордж Смит (справа) в исследовательской лаборатории Bell Labs.

Впрочем, стоит вернуться к лауреатам Нобелевской премии. Как мы уже сказали, вторая половина денежной суммы в $1,4 млн досталась американскому и канадскому физикам, создавшим первый прибор с зарядовой связью (ПЗС) и первые камеры на основе интегральных микросхем этого типа. ПЗС-сенсоры состоят из множества светочувствительных элементов, объединенных в строки и столбцы, формирующие светочувствительные матрицы. Когда свет попадает на один или несколько элементов матрицы, за счет фотоэлектрического эффекта он преобразуется в электроны, которые накапливаются в конденсаторе. Количество заряда, накопленного в конденсаторах, прямо пропорционально интенсивности света, падающего на конкретный светочувствительный элемент. Путем последующего считывания количества заряда формируется полное изображение из отдельных частей - пикселей. Разумеется, первое, что при ходит на ум при упоминании ПЗС-микросхем, - современные цифровые фотоаппараты, которые смогли к этому моменту полностью вытеснить с мирового рынка пленочные камеры. Эволюция приборов с зарядовой связью позволила значительно повысить качество получаемых с их помощью цифровых изображений, не уступающих сегодня пленочной фотографии. Окончательной победе "цифры" способствовало более удобное пользование цифровой техникой: отсутствие необходимости в процедуре проявления пленки, возможность последующего редактирования снимков, и пр. Однако появление приборов с зарядовой связью привело к серьезным изменениям и в современной науке, в частности, астрономии. Здесь можно вспомнить хотя бы такой уникальный исследовательский аппарат, как космический телескоп Хаббла - основным регистрирующим элементом в его конструкции как раз и является ПЗС-сенсор. Да и множество наземных телескопов, начиная от крупных обсерваторий и заканчивая любительскими аппаратами, позволяют получать снимки космических объектов благодаря наличию сенсора изображения на основе приборов с зарядовой связью. На прошедшей неделе в Стране восходящего солнца прошла интересная выставка CEATEC, на которую приехали все ведущие японские компании, занятые в области информационных технологий и микроэлектроники. Для нас особо интересными показались экспонаты и доклады компании TDK, которая рассказала об успехах своих инженеров в области создания устройств хранения информации нового поколения. Здесь речь идет не только о десятислойных оптических носителях объемом 320 Гб, но и о подвижках в разработке технологии записи информации на магнитные пластины жестких дисков. Сегодня потребности подавляющего большинства пользователей вполне удовлетворяются оптическими носителями информации формата Blu-ray. Объема дисков в 25 Гб вполне достаточно для хранения полнометражного фильма высокого разрешения, а если этого все же оказывается недостаточно, то на помощь придут двухслойные диски объемом 50 Гб. Но нет сомнений, что в будущем пользователи будут желать большего. Вот тогда и могут пригодиться наработки японской компании TDK, уже сегодня разработавшей технологию изготовления вместительных десятислойных носителей объемом до 320 Гб. Надо сказать, что сотрудники TDK не первый год пробуют свои силы в разработке многослойных дисков. В 2006 году японская компания рапортовала о создании шестислойных носителей общим объемом 200 Гб (33,3 Гб на каждый слой). Теперь удалось увеличить количество слоев до десяти, пусть и за счет некоторого снижения информационной емкости каждого слоя до 32 Гб. Пока инженерами созданы образцы носителей, поддерживающие лишь "одноразовую" запись информации, но вряд ли стоит сомневаться, что в случае необходимости будет осуществлен "апгрейд" носителей с возможностью перезаписи данных.

Обычный оптический носитель с коэффициентом пропускания около 50% (слева) и 10-слойный носитель TDK с коэффициентом пропускания 90% (справа).

Основной задачей при создании многослойных оптических носителей является проблема затухания сигнала, который частично поглощается каждым из слоев, а частично отражается от границы раздела двух соседних слоев. Последствия этих негативных явлений должны быть минимизированы, для чего необходимо выбрать правильный материал для изготовления слоев носителя. При разработке своих десятислойных дисков сотрудники TDK создали следующую структуру: нижний слой L0 изготовлен из неорганического соединения на основе кремний-медного сплава; слои от L1 до верхнего L9 предполагается изготавливать из пероксида висмута и диоксида германия; завершает конструкцию защитный слой, предотвращающий появление царапин и повреждений. Основное внимание разработчики сосредоточили на слоях L1 - L9, которые должны вносить минимальные искажения в сигнал, и при этом иметь различный коэффициент пропускания оптического излучения, то есть, иметь различную прозрачность. Для того, чтобы добиться этого эффекта, разработчики воспользовались услугами диоксида германия - изменяя плотность этого материала, инженеры добиваются изменения прозрачности каждого из слоев. К сожалению, будущее многослойных носителей информации пока окутано туманом неизвестности. Но повод для оптимизма есть - для работы с дисками компании TDK нет необходимости менять аппаратную начинку оптических приводов. Запись и чтение информации может осуществляться при помощи лазеров, которые сегодня используются для работы с носителями формата Blu-ray. И все равно сроки появления на рынке десятислойных дисков остаются неопределенными, компания TDK не раскрывает информацию об ориентировочной дате начала их продаж. Видимо, технология пока очень далека от коммерческого использования, вполне возможно, из-за высокой себестоимости конечного продукта и сложности организации его серийного выпуска.

Технология магнитной записи информации, разработанная сотрудниками TDK.

Куда радужнее будущее другой разработки компании TDK, а именно, технологии записи информации на магнитные пластины с применением местного нагрева поверхности "блинов". Процесс повышения плотности записи информации сегодня сопряжен с рядом трудностей. Первое - температурные флуктуации, которые могут приводить к самопроизвольному процессу стирания информации, особенно при повышении температуры, вызванной, например, длительной работой жесткого диска. Преодолеть эту трудность относительно несложно - можно повысить коэрцитивную силу магнитного материала, из которого изготавливаются пластины. Но это сразу же приводит ко второй проблеме, а именно, невозможности работы с такими материалами современных головок чтения/записи информации. Впрочем, инженеры уже нашли метод преодоления и этой сложности - необходимо всего лишь нагреть небольшой участок пластины, на котором затем и будет осуществляться запись данных. Однако это теоретическое решение не так легко воплотить на практике. Инженеры компании TDK нашли верный подход - они использовали для местного нагрева магнитной пластины лазерное излучение. Нагрев материала на некоторое время снижает его коэрцитивную силу, что позволяет записывать данные силами современных головок. После остывания поверхности коэрцитивная сила магнитного материала снова повышается, снижая уровень паразитных температурных флуктуаций. К сожалению, компания TDK пока не готова раскрыть все детали своей разработки - неизвестны параметры лазерного излучения, впрочем, как неизвестны и характеристики самого лазерного излучателя. Зато разработчики заверили общественность, что их технология позволяет записывать до одного терабайта информации на один квадратный дюйм магнитной пластины. Первые накопители, в которых применяется новая техника записи данных, должны появиться ориентировочно в 2011 и 2012 годах. То есть, уже через год должны появиться первые сведения о жестких дисках нового поколения с рекордно высокой плотностью записи информации. Очень хотелось бы завершить выпуск итогов недели на мажорной ноте, но осуществить задуманное не дают разногласия между компаниями NVIDIA и Intel. Снова камнем преткновения становится лицензия на разработку системной логики для центральных процессоров с интегрированным контроллером оперативной памяти. Казалось бы, отношения между двумя компаниями начали улучшаться - NVIDIA предоставила своему оппоненту возможность реализации поддержки технологии SLI в чипсетах Intel P55 Express; появились и заявления о скором выпуске чипсетов самой NVIDIA для новых процессоров Intel. Но буквально на днях компания NVIDIA неожиданно заявляет об остановке всех работ по созданию новых моделей системной логики серии nForce. Причиной такого решения называется нечестная лицензионная политика компании Intel в отношении своих продуктов и интеллектуальной собственности. По всей видимости, обоим сторонам не удалось договориться об условиях перезаключения соглашения, и NVIDIA решила полностью отказаться от выпуска чипсетов для процессоров с интегрированным контроллером оперативной памяти. Это означает, что альтернативных чипсетов для "камней" Core i5/i7 и некоторых моделей процессоров Intel Atom ожидать не стоит. Под горячую руку попали и процессоры компании AMD - NVIDIA решает отказаться от выпуска чипсетов и для этой платформы. По крайней мере, калифорнийцы пообещали в ближайшее время соответствующих новинок на рынок не выпускать. Впрочем, сразу возникает масса вопросов. Если NVIDIA решает заморозить разработку и выпуск чипсетов для Intel и AMD, то означает ли это, что компания планирует уйти с рынка микросхем системной логики? Ведь других альтернативных производителей центральных процессоров на сегодняшний день попросту нет. Пока NVIDIA решает продолжить выпуск чипсетов для платформ с дискретным контроллером оперативной памяти, однако с течением времени количество таких процессоров на рынке будет только уменьшаться. Другими словами, есть серьезные вопросы по поводу долгосрочной стратегии компании NVIDIA. Впрочем, вполне возможно, что таким образом NVIDIA пытается надавить на своего оппонента, который одновременно является и ее партнером.