Журнал «Компьютерра» №25-26 от 12 июля 2005 года - Журнал Компьютерра (бесплатные серии книг TXT) 📗
Надо сказать, что изобретательские задачи часто путают с задачами научными, техническими, инженерными или конструкторскими. Если мы, имея комплект чертежей топологии, расчеты технологических параметров и таблицы контрольных значений тестовых сигналов, собираемся изготовить микросхему, то это будет технической задачей. Расчет электронной схемы или теплового режима, предположим, полупроводникового лазера по готовым формулам и методикам - задача инженерная. Поиск этих формул и получение методик - типично научная задача. Поиск компромиссов между функциональностью чипа и его площадью на кристалле - суть задача конструкторская. Решение всех этих задач не связано с преодолением каких-то противоречий. Задача становится изобретательской только тогда, когда возникает необходимость одолеть несовместимость[Альтшуллер Г.С., Творчество как точная наука, М., «Советское радио», 1979 г. См. также: Альтшуллер Г.С., Алгоритм изобретения, М., «Московский рабочий», 1973 г.].
Итак. Какие же действительно несовместимые технические характеристики мы ожидаем встретить в процессоре будущего?
Функциональность и простота в использовании. Преодолением этого противоречия постоянно заняты разработчики программного обеспечения[По Г.С. Альтшуллеру, это конструкторская задача]. И, надо сказать, им это неплохо удается, но… В окружающей природе полно примеров очень функциональных и очень простых в использовании «вычислительных устройств»[Мяукающих, гавкающих, чирикающих и т. п. И говорящих, в том числе. Увы], которые вообще не нужно программировать! Их нужно дрессировать, то есть передавать им представления о том, как им себя вести. А программы такого поведения они создают для себя сами. Это мы возьмем на заметку.
Функциональность и размеры… Сразу вспоминаются квантовые процессоры. Новые физические принципы - налицо, экстремально малые размеры собственно «вычислителя» и - в «нагрузку» - кубометры холодильной техники, лазеров и соленоидов. А почему, собственно, нас так интересуют размеры? Мы что, материал экономим? А если поступим так: выведем в околоземный космос несколько тысяч могучих серверов на спутниках, объединим их в сеть, а на локальные машины возложим лишь отправку «наверх» запросов да исполнение команд. Функциональность - выше некуда, а размеры «клиентов» будут под стать их назначению - думаю, не больше мобильного телефона…
Вы чувствуете, как над нами довлеет инерция мышления?
Это она не позволяет нам представить себе вычислитель, который не вычисляет… Большую систему, которая не занимает места… Сложную и одновременно очень простую… Вот они! Действительные противоречия, составляющие предмет изобретательской деятельности!
Калиновский [ [email protected]]
Без лишних деталей
Дмитрий Аркадьевич Лежаков - мой собеседник - в недалеком прошлом представитель двигателестроительной 'оборонки'. Занимался он математическим моделированием аэро- и гидродинамических процессов. В настоящее время преподает в авиационном вузе. Я дал ему прочитать ранее подготовленные материалы темы номера, и они его сильно взволновали. Не своим содержанием, а 'беспросветным оптимизмом' авторов, по выражению Дмитрия Аркадьевича.
Вы с самого начала поняли, что ваше призвание - математическое моделирование физических процессов?
- Нет, дело в том, что я всегда хотел знать, над чем я работаю. На режимных предприятиях когда-то было заведено так, что каждый выполнял только порученную ему работу, а для чего это? куда это пойдет? - мало, кто знал. Поэтому, еще в институте, я понял, что нужно становиться 'управленцем', специалистом по управлению процессами - чтобы управлять изделием, его сначала нужно до тонкостей изучить. А лучший способ изучить - написать матмодель. В общем, применил 'военную хитрость'…
Много лет вы наблюдали, как совершенствуется техника, как становится все сложнее…
- Вы имеете в виду конструктивную сложность? Далеко не всегда. А если говорить, например, о такой технике, как авиационные двигатели, так и подавно. Поршневые моторы последних выпускавшихся типов чрезвычайно сложны в конструктивном плане! Первые пришедшие им на смену турбореактивные двигатели с центробежными компрессорами были, наоборот, очень простыми. Проектировать их, правда, гораздо труднее. Рассчитывать режимы… Там много тонких моментов, связанных с неустойчивостью работы компрессора, камер сгорания, там нужно заботиться о геометрии сопла…
Но, в общем, постепенно начинается конструктивное усложнение. То одна деталь добавляется, то другая. Стоимость, конечно, растет. Осевой компрессор - вообще очень сложная и дорогая штука. Но если мы возьмем какой-то новый физический принцип, то зачастую на его основе можно создать конструктивно более простое изделие. Принцип прямоточного двигателя, например. В нем нет ни одной вращающейся детали!
Но 'на земле' такие двигатели не работают…
- Дело не в этом. Главное, что в 'прямоточнике' мы заменили механическую деталь физическим процессом! Как вы думаете, что надежнее? Можете ли вы представить, чтобы при каких-то условиях 'вышла из строя' ударная волна? Скачок уплотнения? Или чтобы ее 'заклинило'? Или чтобы она 'поломалась' из-за температурных напряжений?
Вот это - главное! Но теоретические и расчетные трудности здесь очень велики. Такой двигатель представляет собой чрезвычайно простое в конструктивном плане изделие, но чрезвычайно сложное - как 'конструкция', состоящая из протекающих в нем физических процессов. Вот почему я привожу этот пример. Мы берем новый физический принцип и - р-раз! Видим, что наше устройство стало конструктивно проще. Там стало меньше деталей. Потом начинаются усовершенствования, доработки… Конструкция усложняется, опять становится много деталей… И в какой-то момент надо брать новый принцип, который вновь приведет к тому, что половину деталей можно будет выбросить без ущерба для функциональности. Короче говоря, используемые физические принципы становятся все более сложными, трудно их рассчитывать, трудно строить модели, но конструктивно изделия становятся проще! Это страшно красиво!
Вы говорите, что прямоточные двигатели не работают на земле… Что ж, сегодня это так. А что будет завтра? Когда в прошлом году я прочитал статьи об испытаниях Х-43А[27 марта 2004 г. на полигоне в Калифорнии успешно прошел испытательный полет экспериментального гиперзвукового беспилотного самолета NASA Х-43А. В качестве двигателя в нем использовался ГПВРД - гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Достигнутая скорость - 7М (в семь раз быстрее звука, 8350 км/час). - Ю.Р.] и особенно о тех трудностях, которые удалось преодолеть инженерам из NASA, когда потребовалось синтезировать расчетным путем геометрию газовоздушного тракта, способную в динамике реализовать законы управления процессами горения, вообще - термодинамическим циклом двигателя, я был в восторге! Там знаете сколько разных процессов одновременно происходит! И это при высоких давлениях и температурах, а значит - сплошные нелинейности и взаимовлияния. Колоссальные сложности для моделирования…
Какие трудности стоят на пути отечественных создателей техники будущего?
- Думаете, буду жаловаться, что денег не хватает? Нет, про деньги говорить не буду. На мой взгляд, есть гораздо более серьезная проблема. Еще несколько лет назад ее не было, а сегодня - уже есть, обозначилась…
Падает уровень технического образования?..
- Да, многие об этом говорят, но их не слышат. Или не очень громко говорят… Принято ведь считать, что наши вузы готовят невероятно грамотных специалистов. Товарищи ученые, доценты с кандидатами… Ну нельзя же так обманывать себя!
Техника завтрашнего дня будет конструироваться при помощи такой лютой математики, что… И физику нужно знать не 'вообще', а 'конкретно'. Чтобы ее так узнать, с ней нужно возиться в лабораториях! Нужно ее 'через руки' пропускать! У нас нет таких лабораторий… А в математике нужна практика, как в иностранных языках. Если не решаешь задачи - быстро дисквалифицируешься. По себе сужу - два года не работал (так обстоятельства сложились), так еле-еле мозги 'размял'!
