По традиции январский 2005 года номер журнала Computer (IEEE Computer Society, Vol. 38, No. 1, January 2005) посвящен наиболее ярким и перспективным (по мнению редакции) исследованиям и разработкам прошедшего года. Статьи не объединены какой-либо общей тематикой.

Первая статья называется «Робонавт: ?краткий перечень? технологических барьеров» (Robonaut: The ?Short List? of Technology Hurdles). У статьи семь авторов, прямо или косвенно связанных с NASA; первым в списке указан Фредрик Ренмарк (Fredrik Rehnmark) из компании Lockheed Martin Space Operations. Робонавт — это гуманоидный робот, предназначенный для помощи космонавтам при работе в открытом космосе. Проект, направленный на создание робонавта, выполняется NASA и DARPA в рамках совместной программы Mobile Autonomous Robot Software (MARS). С 1994 года изготовлено два прототипа робонавта, рассчитанных на работу в условиях земного притяжения, но выполненных из материалов в расчете на работу в космосе. Робонавт является телеуправляемым роботом. Интерфейс оператора, управляющего робонавтом, основан на тех же принципах, что и интерфейсы систем виртуальной реальности, однако в данном случае оператор имеет дело с реальными телевизионными образами и показателями сенсоров, передаваемыми робонавтом. Первый прототип робонавта был стационарным, во втором были добавлены возможности перемещения с автономным питанием. Конечной целью является изготовление робонавта, который будет в состоянии выполнять автономные работы в открытом космосе или помогать астронавтам при совместной работе. В течение 2005 года должен быть разработан сетевой график работ, в заключение которых образец астронавта будет доставлен на международную космическую станцию для проведения экспериментов совместно с астронавтами. Упомянутый в названии статьи «краткий список» барьеров включает следующие проблемы:

  • интерфейсы оператора, обеспечивающие выполнения задач телеуправления и быстрого манипулирования при наличии временных задержек;
  • конфигурирование и стратегии мобильного манипулирования в средах, свойственных освоению космического пространства;
  • сенсорные технологии, поддерживающие автономное поведение, включая управление контактными усилиями и автоматическими захватами предметов;
  • программное обеспечение, реализующее автономное управление, накопление навыков и решение задач;
  • повышение уровня зрелости систем для обеспечения возможности реального применения в космосе.

Более подробная информация о проекте робонавта доступна на сайте http://robonaut.jsc.nasa.gov.

Следующая статья, озаглавленная «Реактивная анимация: реалистичное моделирование сложных динамических систем» (Reactive Animation: Realistic Modeling of Complex Dynamic Systems), написана Солом Эфрони (Sol Efroni), Дэвидом Харелом (David Harel) и Айраном Коэном (Irun Cohen). Имеется большое разнообразие видов сложных систем. Некоторые из них являются трансформационными, т.е. получающими входные данные, обрабатывающими их и производящими выходные данные. Для управления такими системами и предназначена основная часть существующих инструментальных средств. Более проблематичный класс сложных систем составляют реактивные системы, роль которых состоит в реагировании на различные виды событий, сигналов и условий. Реактивные системы часто обладают параллельной и распределенной организацией. Реактивность системы обостряет проблемы, с которыми обычно приходится сталкиваться разработчикам сложных систем. От системных архитекторов требуются понимание вычислительных и поведенческих проблем системы, решение сложных задач моделирования и анализа реактивного поведения и выполнение реализации. Разработчики интерфейсной части системы должны производить интуитивно понятные и привлекательные визуальные интерфейсы для моделирования, анализа, тестирования и внедрения реактивных систем. Системные архитекторы могут использовать инструментальные средства, которые можно назвать «реактивными процессорами», с полностью исполняемой семантикой. Такие средства могут исполнять модель и генерировать окончательный реализационный код. Полезность подобных средств возрастает по мере стандартизации и совершенствования языка UML. Развитыми инструментальными средствами обладают и разработчики интерфейсных частей систем. Эти средства позволяют генерировать качественные и высокопроизводительные анимационные графические интерфейсы с постоянно уменьшающимися затратами. Несмотря на наличие соответствующих инструментов в обеих областях, функции этих инструментов остаются существенно раздельными. Поскольку реактивные системы по своей природе весьма динамичны, ключевым вопросом является комбинирование точного моделирования и анализа с анимационной интерфейсной частью. Предлагаемая авторами технология реактивной анимации (reactive animation, RA) позволяет сочетать передовые достижения в области спецификации и моделирования реактивных систем с соответствующими достижениями в области анимации. В техническом отношении подход RA базируется на представлении реактивной системы как тесно связанной комбинации того, что она делает, и того, как она выглядит извне. Система строится по двум раздельным, но тесно связанным направлениям — разработка реактивного поведения и разработка интерфейсной части. Изначально эти направления не перекрываются; они связываются позже, когда это становится важным для понимания модели или выполнения некоторых задач. Подход RA был использован для спецификации и имитационного моделирования процесса развития Т-клеток в зобной железе. Модель основывалась главным образом на использовании диаграмм состояний, а в качестве реактивного процессора применялась система Rhapsody компании Ilogix. Для построения интерфейсной анимационной части системы использовались инструментальные средства Flash компании Macromedia. Подробная информация об этом прототипе доступна на сайте www.wisdom.weizmann.ac.il/~dharel/ ReactiveAnimation. В планах авторов — внедрение трехмерной анимации и использование других платформ — Play-Engine (собственная разработка авторов) для моделирования и Maya для анимации.

Оливер Бимбер (Oliver Bimber), Андреас Эммерлинг (Andreas Emmerling) и Томас Клеммер (Thomas Klemmer) представили статью «Встроенные развлечения с использованием интеллектуальных проекторов» (Embedded Entertainments with Smart Projectors). Несмотря на интенсивное развитие индустрии жидкокристаллических и плазменных дисплеев, этим технологиям свойственны врожденные физические ограничения на размер экрана, частоту регенерации, потребляемую мощность и т.д. В близком будущем на рынке развлечений конкурирующим типом дисплеев могут стать видеопроекторы, технология которых претерпела значительные изменения в последнее десятилетие. Сокращение стоимости и повышение эффективности этих устройств сравнимы с соответствующими показателями для персональных компьютеров, достигнутыми ранее. Однако для использования производимых в настоящее время видеопроекторов требуется наличие постоянного или временно устанавливаемого специального белого экрана, что во многих случаях ограничивает область применения таких устройств. Авторы статьи создали прототип интеллектуального видеопроектора, который автоматически настаивает геометрию и цвета проецируемого изображения в зависимости от геометрических и цветовых особенностей поверхности, на которую проецируется изображение. В прототипе используются готовые к использованию компоненты: видеобимер, портативная ПЗС-видеокамера и ПК с ТВ-тюнером и графической картой. Миниатюризация электронных компонентов позволит в обозримом будущем создать соответствующее интегрированное портативное интеллектуальное устройство.

Статья Криса Двайера (Chris Dwyer), Элвина Лебека (Alvin Lebeck) и Дэниела Сорина (Daniel Sorin) названа авторами «Самособираемые архитектуры и темпоральные аспекты вычислений» (Self-Assembled Architectures and the Temporal Aspects of Computing). В традиционном подходе к проектированию и производству компьютерных систем используется схема «сверху вниз», предполагающая точное указание местоположения каждого компонента; производитель системы следует заданным спецификациям. Этот подход соответствует интуитивному представлению о проектировании и разработке систем и применяется всеми производителями компьютерных систем. Однако в полупроводниковой индустрии выявляются трудности, связанные с продолжающейся миниатюризацией массово производимых электронных компонентов, и этот предстоящий барьер порождает потребность в исследованиях подходов к созданию компьютерных систем «снизу вверх» на основе «самосборки». При этом подходе проектировщик специфицирует компоненты, но не может точно обусловить места их расположения. Компоненты должны собираться сами, образуя в конце концов систему. Наиболее простой формой самосборки является случайный вариант, но результаты такого процесса очень ограничены. Альтернативой является программируемая самосборка, при которой проектировщик указывает, как компоненты подсоединяются один к другому, но не фиксирует их местоположения. В этом случае у проектировщика имеется некоторый контроль над процессом производства системы, и можно создавать более сложные компьютеры. В наиболее распространенном подходе к наномасштабной программируемой самосборке используются принципы самосборки ДНК. Двуспиральная структура ДНК формируется на основе известных правил спаривания оснований — аденина с тимином и цитозина с гуанином. Указывая некоторую последовательность оснований одной нити ДНК, можно использовать правила спаривания оснований как организационные инструкции. Применение принципов самосборки требует пересмотра темпоральных аспектов вычислений. Традиционно применяются предпроизводственные и постпроизводственные виды вычислений. Примерами первого вида вычислений является микропрограммирование инструкций компьютера, программирование СБИС и т.д. К постпроизводственным видам вычислений относится, в частности, обычный процесс компиляции и выполнения программ. Применение самосборки приводит к потребности в вычислениях во время производства системы (at-fabrication computation). Описываются такого рода вычисления при применении для самосборки принципов построения ДНК.

Автор статьи «Проблемы квантовых компьютеров на основе полупроводниковых устройств» — Роберт Кейес (Robert Keyes) из исследовательского центра IBM Watson Research Center. Квантовые компьютеры реализуются с применением так называемых «кубитов» (quantum bit, qubit), физических систем, которые могут находиться в одном из двух различимых квантовых состояний. Одно состояние представляет ноль, другое — единицу. Источником ожидаемой вычислительной мощности является одновременная обработка многих переменных путем их представления как суперпозиции квантовых состояний. Заманчивыми являются квантовые компьютеры, построенные с использованием универсальных методов полупроводниковой технологии для создания кубитов, поскольку тысячи требуемых устройств могут быть произведены на основе хорошо освоенной технологии. Однако наличие дефектов в полупроводниковых устройствах, сконструированных в лабораториях и на заводах, будет ограничивать применение таких устройств в квантовых компьютерах. Для успешного развития этой ветви квантовых вычислений необходимо найти способ использования полупроводниковых устройств, не требующий точного знания их физических характеристик.

Еще одна статья номера написана Пратиушем Бхарати (Pratyush Bharati) и называется «Индийская индустрия ИТ-услуг: сравнительный анализ» (India?s IT Services Industry: A Comparative Analysis). Доля Индии на мировом рынке ИТ-услуг, оцениваемом в 350 млрд. долл., выросла с 1,5% в 2000-2001 годах до 1,9% в 2002-2003 годах. В то время как общий оборот мировой индустрии ИТ-услуг вырос за это время на 2%, в Индии рост оборота достиг 22%. Этот быстрый рост обусловлен аутсорсингом многонациональных компаний. Так, корпорация General Electric удовлетворяет за счет аутсорсинга 70% своих потребностей в ИТ-услуг. Из них 70% отдается стратегическим поставщикам, а они, в свою очередь, выполняют 70% работы за пределами стран с высоким уровнем жизни. В результате сумма субконтрактов GE в Индии составляет более 500 млн долл., 8% всего рынка экспорта ИТ-услуг. В статье описываются организационные особенности бизнеса ИТ-услуг в Индии, влияние правительственной политики и т.д. В целом статья носит скорее социально-экономический, а не профессионально-компьютерный характер.

Как и в прошлые годы, январский номер получился довольно увлекательным, но исключительно нецеленаправленным. Узнаешь массу интересных вещей, но все время задаешься вопросом: «А зачем, собственно, мне все это нужно?» Лично мне больше по душе тематические номера — особенно, если в них говорится о близких мне материях. Будем надеяться на интересные номера журнала Computer и в наступившем году. До следующей встречи, Сергей Кузнецов, kuzloc@ispras.ru.