НИОКР-конвейер Intel

У тех, кому доводилось побывать в Сан-Франциско на ежегодном Форуме Intel для разработчиков (IDF), собирающем около пяти тысяч участников, представляющем вниманию слушателей сотни докладов и демонстрирующем колоссальную выставку последних достижений ИТ-индустрии, постоянно возникает устойчивая ассоциация Intel с огромным айсбергом. Но только те, кому посчастливилось побывать в штаб-квартире Intel в Санта-Кларе на специальном мероприятии, посвященном исследованиям и разработкам корпорации, – так называемом R&D Day, могут по-настоящему прочувствовать всю глубину и точность этой ассоциации. Продукты Intel - это лишь видимая всем надводная часть деятельности компании, тогда как НИОКР - огромная и мало кому знакомая часть, но именно она обеспечивает стабильность и уверенность курса всего айсберга...

Несмотря на важность темы, R&D Day - мероприятие камерное. На него приглашаются несколько десятков журналистов из ведущих ИТ-изданий со всего мира и столько же аналитиков, для которых организуется выставка, представляющая самые интересные разработки Intel, а также выступления руководителей всех исследовательских направлений и лабораторий Intel.

R&D Day’2007, состоявшийся совсем недавно, открыл главный директор корпорации Intel по технологиям и руководитель подразделения Corporate Technology Group корпорации Intel Джастин Раттнер с докладом «От Санкт-Петербурга до Санта-Клары: от нано до терра». По мнению Дж. Раттнера, между перспективными исследованиями и конкретными разработками существует прочная связь, которую руководство Intel старается укреплять и развивать. В задачи подразделений НИОКР Intel входит не только обеспечение исследований на мировом уровне, но и доведение инновационных технологических разработок от идеи до продукта, что можно сделать только на основании самого широкого сотрудничества с ИТ-индустрией путем совместной разработки стандартов, создания альянсов и привлечения партнеров.

Исследования и разработки, входящие в сферу влияния подразделения Corporate Technology Group корпорации Intel, осуществляются в 15 лабораториях, расположенных по всему миру: в Германии, Израиле, Индии, Испании, Китае, России, США и других странах, - в которых трудятся около тысячи исследователей. Так, сотрудники лаборатории в Санкт-Петербурге принимают самое активное участие в разработке стандартов беспроводной связи и уже получили около 50 патентов. Речь идет и о разработке программных решений для гетерогенных систем, расположенных на одном кристалле, прототипов различных коммуникационных алгоритмов, новых алгоритмов сжатия видеоинформации, специально оптимизированных для передачи видео по беспроводным каналам связи, и проч.

В лабораториях Пекина и Шанхая (Китай), а также Бангалора (Индия) ведется анализ видео-контента, позволяющий разработать системы автоматизированного поиска видео-информации. Уже существуют специальные программы, способные, например, распознавать лица и отыскивать в архивах спортивных программ репортажи тех или иных комментаторов. Пекинская лаборатория работает в тесном контакте с китайским университетом Tsinghua.

Дж. Раттнер рассказал и об очередной разработке Intel в области искусственного интеллекта. В 2005 году пять самоуправляемых автомобилей-роботов пришли к финишу в гонке Grand Challenge, которая проходила в безжизненной пустыне Невада под патронажем Управления перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA). Победитель – автомобиль Stanley, спроектированный и построенный командой Стэнфордского университета, пришел к победе, ведомый компьютерами на базе процессоров Intel® Pentium® M и Intel® Itanium® 2. В 2007 году аналогичные соревнования - DARPA Urban Challenge - будут проходить уже в городских условиях, где автомобили-роботы должны продемонстрировать способность ориентироваться в реальных условиях уличного движения. Для этих гонок команда Стэнфордского университета разрабатывает новый проект под названием Junior на базе мощных вычислительных систем с процессорами Intel® Core™ 2 Duo и Intel® Core™ 2 Quad. Результаты данных экспериментальных гонок трудно переоценить. Во-первых, их успех открывает колоссальные возможности для организации безопасного движения, что становится все более актуальной проблемой во всем мире; а, во-вторых, знаменует начало новой эры в развитии возможностей искусственного интеллекта.

Эндрю Чен (Andrew A. Chien), директор подразделения Intel Research и вице-президент Corporate Technology Group корпорации Intel, рассказал о перспективных исследованиях самого широкого профиля, к которым относятся этнографические исследования, ориентированные на запросы конечных пользователей, технологии и приложения, основанные на определении местоположения пользователя, сенсоры и сенсорные сети, распределенные сети и системы (Planetlab), устройства со сверхмалым потреблением энергии и мн. др.

Одно из направлений перспективных исследований Intel Research - создание мобильной сенсорной платформы, способной фиксировать и различать повседневное поведение людей. Сегодня прототипы подобных сенсоров с вероятностью около 85% могут различать разные типы поведения человека - сидит он или стоит, поднимается ли по лестнице, читает газету или прыгает. Такие сенсоры могут помочь людям, активно занимающимся спортом, отслеживать нагрузку, а врачам - удаленно следить за состоянием пожилых пациентов.

Другие сенсоры «учатся» определять, кто в группе людей говорит в какой-то определенный момент времени. Уже сейчас в комнате, в которой находятся 4 человека, это удается сделать с вероятностью 80%, а на открытой площадке в группе из 8 человек – с вероятностью 70%.

Предметом изучения в рамках специального исследовательского направления под названием Сarry small, live large являются прототипы будущих ультрамобильных ПК. Они обладают небольшим экраном, что создает определенное неудобство при доступе в Интернет непосредственно с их помощью; однако специальные приложения позволяют таким карманным устройствам организовывать локальную сеть с большими экранами или терминалами настольных ПК и ноутбуков, когда те оказываются в непосредственной близости от них.

Глава лаборатории фотоники, заслуженный инженер-исследователь Intel Марио Паниччиа еще два года назад отмечал скепсис компьютерного сообщества в отношении того, что фотонные устройства, состоящие из лазеров, модуляторов и волоконно-оптических кабелей, можно использовать для компьютерных вычислений и интегрировать в процесс производства кремниевых полупроводниковых приборов. Сегодня аппаратно воплощены все необходимые элементы для передачи данных с помощью света – лазер, модулятор, волокна, детектор – и перед лабораторией стоит новая задача: собрать все эти элементы воедино в компактной форме и подготовить для коммерческого использования. Г-н Паниччиа подчеркнул, что наибольшую трудность он видит в удешевлении лазера, который пока еще - по меркам настольных компьютеров - очень дорог. Но если вспомнить, что три года назад существовал модулятор, работавший на частоте 20 МГц, а сегодня в лаборатории испытывается образец с частотой 40 ГГц, то становится очевидным стремительное развитие элементной базы, в том числе и с точки зрения экономических реалий.

Заслуженный инженер-исследователь Intel, директор по стратегии технологий Паоло Джарджини рассказал о перспективных исследованиях в области производственных технологий. Он подчеркнул, что использование в грядущем 45-нм производственном процессе Intel транзисторов с металлическим затвором и диэлектрика с высоким значением коэффициента диэлектрической проницаемости - это наиболее значительная инновация в транзисторных технологиях, воплощенная за последние 40 лет. По словам г-на Джарджини, сила «конвейера НИОКР» Intel (он предложил именно такой термин, ярко характеризующий динамику исследований и разработок корпорации) заключается не только и не столько в его нынешних достижениях, сколько в четко спланированной методике разработок. В данный момент, например, 65-нм технологический процесс находится на этапе производства, 45-нм процесс в четком соответствии с планом переходит из стадии разработок в стадию производства, 32-нм – из стадии исследований в стадию разработок, а 22-нм техпроцесс полностью находится на этапе исследований. И эта жесткая плановость будет реализовываться и в обозримом будущем.

До недавнего времени «габариты» транзисторов постоянно уменьшались, а с ними уменьшались и размеры элементов транзисторов, пока, наконец, толщина слоя оксида кремния (SiO2), используемого в транзисторе в качестве диэлектрика, не была доведена практически до минимума – 1,2 нм, т.е. всего 3-4 атомарных слоя. В результате дальнейших исследований был создан новый материал на основе гафния, который позволил преодолеть естественные физические барьеры. Таким образом, по словам г-на Джарджини, оказалась реализована новая парадигма масштабирования: от постоянного уменьшения геометрических размеров транзисторов Intel перешла также к изменению их прочих параметров, включая конструкцию и материал. Скажем, сегодня в Intel активно разрабатывается модель с так называемым объемным, или трехмерным затвором, что позволит увеличить рабочий ток транзистора и одновременно снизить токи утечки. Еще одно перспективное направление – использование для изготовления транзисторов других материалов вместо кремния. Например, в антимониде индия (InSb) подвижность электронов в 50 раз выше, чем в кремнии, что сразу же дает колоссальный выигрыш по всем параметрам устройства. По мнению г-на Джарджини, к 2011 году и та, и другая инновация с успехом могут быть использованы в 22-нм технологическом процессе, а вот уже для следующих поколений транзисторов, возможно, придется использовать нанотрубки и нанонити, которые также исследуется в лабораториях Intel.

Одна из наиболее необычных разработок Intel, показанная в рамках R&D Day, – «умная материя», состоящая из небольших элементов, или блоков, которые могут самостоятельно объединяться в более крупные объекты с заданными параметрами. Скажете – фантастика, доступная кинематографистам, снимающим блокбастеры типа «Трансформеры» или «Терминатор 2»? Вовсе нет. Инженерам Intel уже удалось создать «цилиндры» и «кубики» размером в несколько сантиметров, способные при определенных управляющих нагрузках объединяться в объекты с заданной геометрией или перемещаться по заданной траектории, причем в будущем размеры таких элементов будут уменьшены до микрон.

Еще одна интересная перспективная разработка - цифровое настраиваемое радио - предусматривает, что буквально через два-три года в ноутбуках может появиться полупроводниковый блок, созданный по принципу «система-на-кристалле» и способный реализовывать связь 8-10 типов класса Wi-Fi, WiMAX, 3G, Bluetooth и др. Для этого исследователи Intel создают специальные интеллектуальные настраиваемые антенны и многие другие инновационные решения.