Грани цифровизации: направления, проблемы и перспективы

В «квантовой гонке» участвуют не только государства, но и частные компании, в первую очередь американские. IBM, Google, Intel и Microsoft создали крупные лаборатории и исследовательские центры в данном направлении. Пока «ключевыми сферами применения квантовых технологий называют финансовый сектор, кибербезопасность и научную область» [Квантовые компьютеры (мировой рынок), 2023].

Определенные успехи в разработке доступных для коммерческого использования квантовых технологий уже достигнуты. Одним из первопроходцев в данной области «считается канадская компания D-Wave Quantum. Выпуск ее первых моделей состоялся в 2007 г. В 2016 г. компания создала компьютер D-Wave 2000Q с 2000-кубитным процессором и продала его за 15 млн долл. фирме Temporal Defense Systems, которая специализируется на информационной безопасности. В 2020 г. D-Wave начала предлагать коммерческий доступ через облако к специализированным квантовым компьютерам Advantage с пятью тысячами кубитов, которые пригодны для решения сложных оптимизационных задач». По словам представителей компании, по своей производительности квантовые «превосходят „обыкновенные“ серверы в специализированных задачах в 1000 и более раз. Впрочем, именно это и называют слабой стороной компьютера, который способен выполнять достаточно узкий спектр операций». Тем не менее в 2022 г. «в число клиентов D-Wave уже входил ряд крупных компаний, в том числе автомобильный концерн Volkswagen AG, компания – разработчик ПО Accenture и производитель оборонных систем Lockheed Martin» [Квантовые компьютеры (мировой рынок), 2023]. Более того, Юлихский исследовательский центр в Германии запустил квантовый суперкомпьютер с более чем 5000 кубитов, который был создан на базе системы D-Wave с удаленным облачным доступом [Квантовый компьютер, 2023].

«В 2018 г. Intel сообщил о создании сверхпроводящей квантовой микросхемы под названием „Tangle Lake“, обладающей 49 кубитами», а в 2022 г. представил процессор на 144 кубитах и работает над процессором с 1000 кубитов (по технологии сверхпроводящих транзисторов). В 2018 г. «компания Google объявила о создании квантового процессора Brictlecone с 72 кубитами… а в 2019 г. ей удалось построить 53-кубитный сверхпроводящий квантовый процессор Sycamore». В этом же году компания IBM открыла коммерческий доступ к 53-кубитному облачному квантовому универсальному компьютеру (Quantum System One), а «в 2022 г. представила новый квантовый процессор Osprey, с 433 кубитами, который будет использовать компьютер IBM Quantum System Two» [Квантовый компьютер, 2023]. В 2022 г. Microsoft анонсировала свой первый квантовый процессор на 80 кубитах, который будет доступен через облачный сервис Azure Quantum.

«В 2019 г. японская компания Fujitsu создала вычислитель, работающий по принципу квантового отжига, с 8192 кубитами. Он до сих пор крупнейший в мире, активно используется различными компаниями для решения сложнейших задач оптимизации. Например, Toyota Systems использовала его для оптимизации крупномасштабной логистической сети с более чем 3 млн возможных маршрутов» [Юнусов, 2021].

«В 2021 г. группы китайских ученых создали два прототипа квантовых компьютеров: сверхпроводящий квантовый процессор „Цзу Чунчжи 2.1“ с 66 кубитами и квантовый компьютер „Цзючжан-2.0“ со 113 обнаруженными фотонами (кубитами)». Причем в 2020 г. первая модель «Цзючжан» достигла квантового превосходства, т. е. провела вычисления быстрее классического компьютера [Квантовый компьютер, 2023]. Собственные проекты «развивают китайские компании Tencent и Baidu, а в начале 2020 г. Alibaba объявила о выпуске 10-кубитового квантового облачного компьютера». Тогда же «исследователи Китайского университета науки и технологий в Хэфэе заявили, что создали самый мощный в мире квантовый компьютер. По их словам, он в 10 млрд раз быстрее прототипа от Google». Кроме того, в Китае «с 2012 г. работает коммуникационная квантовая сеть, а в 2016 г. страна запустила первый в мире квантовый спутник» [Юнусов, 2021].

Однако для массового внедрения квантовых компьютеров еще далеко – и этому препятствует целый ряд проблем. Во-первых, квантовые компьютеры не могут работать со стандартным ПО – для них требуются своя ОС и приложения. Многие компании уже преступили к решению этой задачи. Так, «IBM уже представила программную платформу для квантовых вычислений с открытым исходным кодом под названием Qiskit. Microsoft выпустила инструмент бесплатного разработчика вычислительной техники на языке Q# и симулятор квантовых вычислений. Над разработкой ПО для квантовых компьютеров работают также 1QBit, Cambridge Quantum Computing, QSimulate, Rahko, Zapata и другие компании» [Решетникова, 2021]. «Однако для их реального воплощения требуется решить различные научно-технологические задачи в условиях конкретной элементной базы» [Квантовые компьютеры (мировой рынок), 2023].

Во-вторых, чем больше кубитов включается в систему, тем нестабильнее она становится, и растет количество ошибок. Наконец, квантовая система (включая передачу полученных результатов) зависит от внешнего воздействия, которое может ее разрушить или внести искажения [Квантовый компьютер, 2023]. В связи с этим задача маштабирования квантовых систем становится весьма нетривиальной. По этой причине технологии, применяемые при создании квантовых компьютеров, очень сложны, еще не отработаны и не дошли до эффективного с коммерческой точки зрения предложения. Кроме того, специалистов в данной области очень немного во всем мире.

Несмотря на техническую сложность и высокую стоимость, квантовый компьютер считается «следующим этапом развития технологий» [Юнусов, 2021]. Создание технически надежной и экономически выгодной модели квантового компьютера станет очередной революцией в компьютерном мире. Освоение квантовых технологий приведет к появлению новых лидеров в ИТ-индустрии.

В настоящее время полным набором критически важных технологий для производства ПК владеют США (хотя часто в форме лицензий и НИОКР) и частичным – Япония, Южная Корея и Тайвань; стремится достичь такого положения Китай. Остановимся на создании и развитии производства компьютерного оборудования в США, Китае и на Тайване подробнее, так как именно эти страны во многом определяют тенденции мирового рынка.

Производство компьютеров в США

США являются «пионером» в производстве ПК, как и ЭВМ в целом, которые «появились во время Второй мировой войны благодаря потребностям армии в высокоскоростных вычислениях» [Бланк, 2004]. Именно здесь возникли многие современные компании – мировые лидеры в разных сегментах ИКТ-рынка, а в настоящее время располагаются их штаб-квартиры. Следует отметить, что становление ИТ-отрасли происходило в условиях острой конкурентной борьбы, сопровождавшейся как успехом новых производителей, так и неудачами и уходом с рынка компьютеров. При этом большое значение имели государственные заказы (особенно военные на начальных этапах развития отрасли), а также антимонопольное (антитрестовое) регулирование.

Начало пути: 1940–1960-е годы. «Начало американской ИТ-индустрии было положено в ноябре 1945 г., когда по заказу исследовательской лаборатории по баллистике армии США (US Army's Ballistics Research Lab) Пенсильванский университет закончил секретный проект – создал первый программируемый вычислитель ENIAC (Electronic Numeric Integrator, Analyzer and Computer). Контракт был заключен в 1943 г., когда армия США высадилась в Северной Африке и столкнулась с качественно новыми природными условиями. Потребовались новые артиллерийские таблицы баллистики, для расчета которых нужны были вычислительные мощности», превосходящие возможности существовавших устройств. Заинтересованность военных в высокоскоростных вычислениях (в том числе для использования при разработке ядерного оружия, для расчета возможности создания водородной бомбы и т. д.), а также крупные военные заказы обеспечивали поддержку развития новой технологии правительством и спрос на новую продукцию вплоть до 1960-х годов [Бланк, 2004а].

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1

Урманцева А. Цифровая экономика: как специалисты понимают этот термин // РИА. Наука. – 2017. – 16.06. – URL: https://ria.ru/science/20170616/ 1496663946.html; Митин В. Семь определений цифровой экономики // IT Channel News. Новости и статьи. – 2017. – URL: https://www.novostiitkanala.ru/news/ detail.php?ID=116780 (дата обращения: 04.12.2023).

2

Доклад о мировом развитии 2016. Цифровые дивиденды. Обзор / Всемирный банк. – Вашингтон, 2016. – 58 с.

3

Положихина М. А. Цифровая экономика как социально-экономический феномен // Экономические и социальные проблемы России. – 2018. – № 1: Цифровая экономика: современное состояние и перспективы развития. – С. 9.

4

Кондратьева М.Н., Комахина А. В. Цифровизация: исследование основных терминов // Экономика и управление. – 2022. – № 39 (165). – С. 136.

5

Положихина М. А. Цифровая экономика как социально-экономический феномен // Экономические и социальные проблемы России. – 2018. – № 1: Цифровая экономика: современное состояние и перспективы развития. – С. 11–12.

6

В России к сектору ИКТ относят телекоммуникацию (связь), производство ИКТ-оборудования, оказание ИКТ-услуг и оптовую торговлю ИКТ-товарами. Это шире понятия ИТ-индустрии, под которой в данном обзоре понимается производство компьютерного и сетевого оборудования, а также программного обеспечения. Можно сказать, что ИТ-индустрия является «ядром» сектора ИКТ.

7

Услуги аналитического центра TAdviser // TAdviser. – URL: https://www. tadviser.ru/index.php/Аналитика_TAdviser (дата обращения: 30.10.2023).

8

ПК включают настольные (десктопы) и портативные (ноутбуки и/или лэптопы) компьютеры. К ним также относятся неттопы (небольшие по размеру настольные ПК) и моноблоки, но не мобильные устройства (планшеты и смартфоны).

9

Индикаторы цифровой экономики: 2022: статистический сборник / Г. И. Абдрахманова, С. А. Васильковский, К. О. Вишневский, Л. М. Гохберг [и др.]; Нац. исслед. ун-т «Высшая школа экономики». – Москва: НИУ ВШЭ, 2023. – С. 20–30.

10

Кондратьева М.Н., Комахина А. В. Цифровизация: исследование основных терминов // Экономика и управление. – 2022. – № 39 (165). – С. 135.

11

Основана в 1979 г., штаб-квартира расположена в г. Стэмфорд, штат Коннектикут, США.

12

Основана в 1964 г., штаб-квартира расположена в г. Фреймингем, штат Массачусетс, США.

13

Домен TAdviser.ru зарегистрирован в России в 2005 г.

14

Создана в холдинге РБК в 2000 г., с 2018 г. развивается как независимая компания.

15

Веб-сайт в формате системы тематических коллективных блогов специалистов в области ИКТ. Платформа запущена в 2006 г.

16

Веб-сайт, посвященный открытым и свободным компьютерным технологиям. Сайт был создан в 1996 г. как домашняя страница, а в 1998 г. был зарегистрирован в качестве отдельного домена.

17

ОС UNIX была разработана в 1969 г. в подразделении Bell Labs компании AT&T (США).

18

Интегральная микросхема (часто называемая просто чипом, от англ. «chip» – «тонкая пластинка») – «электронная схема произвольной сложности (кристалл), изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине из кремния или пленке) и обычно помещенная в неразборный корпус». Передовым способом изготовления микросхем в настоящее время является фотолитография, при которой используется ультрафиолетовое излучение (технология DUV или EUV). Характеристиками технологического процесса производства выступают минимальные контролируемые размеры топологии фотоповторителя (контактные окна в оксиде кремния, ширина затворов в транзисторах и т. д.) и, как следствие, размеры транзисторов (и других элементов) на кристалле. До 1990-х годов технологический процесс измерялся в микрометрах (мкм), сейчас – в нанометрах (нм) [Интегральная микросхема, 2023].

19

Архитектура процессора – это система команд, которую он поддерживает. Она важна для программистов: именно от архитектуры зависит, какие программы будут с этим процессором совместимы. Микроархитектура процессора – это внутренняя схема устройства. Процессоры с одинаковой архитектурой, но разной микроархитектурой могут выполнять одинаковые программы без перетрансляции, но отличаться производительностью.

20

Основана в 1990 г. как совместное предприятие компаний Arcorn, Apple и VLSL, с 2016 г. принадлежит японской компании SoftBank [ARM, 2023].

21

Основана в 1984 г. исследователями из Стэнфордского университета (США), в 2012 г. была приобретена компанией Imagination Technologies (Великобритания), но ее патенты остались у американского консорциума Bridge Crossing. Занималась проектированием микропроцессоров. Наиболее известные продукты: архитектура MIPS и линейка RISC-процессоров. В 2018 г. активы MIPS перешли под контроль стартапа Wave Computering (США) – были выкуплены фондом Tallewood Venture Capital у Imagination Technologies, которая находилась на пороге банкротства (в результате отказа Apple от графического ядра RowerVR). В 2020 г. Wave Computering объявил о своем банкротстве, и после реорганизации в 2021 г. MIPS Technologies объявила о прекращении разработки архитектуры MIPS и переходе на создание систем на базе архитектуры RISC–V, а также на выпуск чипов. При этом патенты и лицензии на MIPS архитектуру выкуплены китайской компанией CIP United Co (Шанхай) [MIPS (архитектура), 2023; Легким движением руки…, 2021; Владелец архитектуры…, 2020].

22

Архитектура RISC–V (reduced instruction set computer) является открытой и не требующей лицензионных выплат. Создана в 2010 г. в Отделении информатики Калифорнийского университета в Беркли (США). Поддержка и развитие RISC–V осуществляется некоммерческой организацией (ассоциацией) RISC–V International (штаб-квартира в Цюрихе, Швейцария), в которую входят более 1000 членов в 50 странах, и соответствующим фондом (созданы в 2015 г.) [RISC–V, 2023]. Многие компании и даже страны уже перешли на ее использование.

23

Производители, которые выполняют контракты по изготовлению (поставке) компонентов или готовой продукции, заключенные с другими компаниями.

24

1 а = 0,1 нм = 10–4 мкм.

25

Квантовый компьютер – это «вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики (квантовую суспензию, квантовую запутанность) для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от обычного) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, имеющими значения одновременно и 0, и 1» [Квантовый компьютер, 2023].

26

На основе явления ядерного магнитного резонанса (ЯРМ-компьютер) в лаборатории IBM.