Кризис информационных технологий и прогнозы

Семенов Ю.А. (ИТЭФ-МФТИ)semenov@itep.ru

http://saturn.itep.ruhttp://book.itep.ru (“Телекоммуникационные

технологии”)кфмн, зав. лаб. “Инфокоммуникационных

технологий”, зам. зав. кафедры Информатики ФНБИК МФТИ

Рост числа субъектов в Интернет

В феврале 2013 детектировано 630,795,511 сайтов и около 4 млрд Интернет объектов

в 2016 году число смартфонов достигнет одного миллиарда

Рост числа разнообразных Интернет-объектов до 2020 года (буква В после

цифры означает миллиарды)

Суммарное число таких объектов достигнет 30 миллиардов.

Причины кризиса 1

• Полупроводниковые технологии в 2012 г вышли на разрешение 15нм, а постоянная кристаллической решетки Si ~ 0,54 нм, при темпе, определяемом законом Мура, все кончится к 2020г.

• Постоянная поляризации диэлектрика равна 10-13 сек, а предельная скорость обмена сегодня составляет ~1011 бит/c. При окне прозрачности кремния ~150нм можно обеспечить до 100 потоков через оптоволокно.

Закон Мура

70% поверхности кристалла процессора занята проводами, соединяющими активные элементы

При 100000 узлах суперЭВМ 65% мощности тратится на checkpoint’ы

Компания Western Digital обещает удвоить плотность записи на жестких дисках за счет использования нанотехнологии. Для записи

одного бита планируется выделить около 10 нм или около 50 атомов. Это соответствует плотности

1,2 триллиона элементов на квадратный дюйм

Причины кризиса 2• Тактовая частота процессора достигла 5 ГГц и

заметный дальнейший рост проблематичен. По этой причине уже в 2004 году производители процессоров перешли на многоядерную схему. Но быстродействие многопроцессорных систем увеличивается, пропорционально логарифму числа процессоров.

Причины кризиса 3• Зависимость людей от машин и сетей

увеличивается от года к году. От машин зависит и сохранность наших средств и даже здоровье. Но программное обеспечение содержит ошибки (после отладки) от 100 до 0,01 на 1000 строк кода. Современное ядро ОС содержат от 50 до 250 млн. строк кода (а еще есть оболочка и приложения). На вашей машине имеется 1000-20000 программных ошибок).

Причины кризиса 4• Самая мощная супер-ЭВМ (на начало 2012)

компании Fujitsu (10Пфлоп) в Кобе занимает 800 стоек и потребляет 5 Мвт (как атомная станция в Обнинске). А эта машина самая экономная (2,2 Гфлопс/Вт). Титан (17,6 пф/c) потребление 8.2 МВт

• Повышение емкостей памяти вызывает миниатюризацию ячеек памяти, а уменьшение размера уменьшает заряд, там хранящийся, что приводит к ухудшению отношения сигнал шум. Неслучайно первый квантовый компьютер работает при температуре 10мК0.

Самые большие супер-ЭВМ в 2012г (Titan и Fujitsu)

17,59 петафлоп/c; 8,2 МВт

10 петафлоп/c; 5МВт

Проблема BigData• Ожидается, что стоимость определения генома

отдельного человека будет стоить порядка 100$ и это добавит к содержимому медицинской карты еще несколько гигабайт.

• Чтобы сохранить существующий стиль жизни к 2020 году человечеству потребуется еще одна планета! Если Китай и Индия выйдут на стандарты потребления США, то потребуется 5 планет

• Ожидается, что к 2020 году память будет стоить 0,5$ за терабайт. К 2011 году человечество создало 1,8 зетабайт данных (7 ЗБ к 2015). Эксперты компании IDC предсказывают 50-кратный рост объемов данных до 2020 года. Это означает, что человечество сформирует 40 зеттабайт (1ZB = 50 библиотек конгресса США)

Потребности и возможности хранения данных

Дефицит растет с темпом ~200 петабайт в год

• Сформировалась тенденция к свертыванию производства стандартных персональных компьютеров и материнских плат для них. PC доминировали последние 40 лет, их место постепенно занимают планшетные компьютеры. Эта тенденция может стать определяющей, когда будут решены проблемы безопасности для планшетов. На текущий момент (начало 2013) число пользователей планшетов достигло 760 млн.

Географическое распределение данных

Интерфейс мозг-компьютер

Безопасность, киберпреступность и кибервойны

• В 2012 году доходы киберпреступников превысили доходы от наркотрафика.

• Формируются кибер-армии (Unit 61398 и APT1 в Китае)

• Разрабатывается кибер-оружие (APT)• Основными источниками уязвимостей

являются ошибки в программах• В Китае зарегистрирована ботнет с числом

смартфонов более миллиона• Проблема BYOD (Bring Your Own Device)

Сайт форума “Высокие технологии 21-го века”

Падение прочности криптозащиты

Графические процессоры с большим числом ядер сдвигают эти кривые на ~10 вниз.

Квантовый компьютер

Машина Watson (IBM), чемпион Jeopardy

Планируется использование в онкодиагностике

Новые технологии сегодня и завтра• OpenFlow• Управление голосом• Мемристоры (HP) -> флэшки,нейрокомпьютеры

(ТюмГУ и ООО «ТАСО» TiO2 ,15нм)

• Графеновые транзисторы • Пост-силиконовые транзисторы (Металл-оксид) (IBM)• HD Western Digital (1,2 триллиона элементов на кв. дюйм, 2018г)

• MTI-IISER молекулярная память 1000ТБ на кв. дюйм (>2020г)

• Квантовые компьютеры (2011г - ….)

Тенденции• Сетевая безопасность находится в состоянии

близком к хаосу (70% популярных WEB-сайтов заражены вредоносными кодами, каждая сотая машина взломана)

• Программы в автомобиле к 2020 -> 10 миллиардов строк кода

Будущие разработки 1• Язык для описания проблемы, а не алгоритма• Средства для выявления некорректных

решений и блокировка их реализации• Распределенные системы управления

потенциально опасными производствами (P2P или GRID)

• Доказательство теорем криптографической прочности

Будущие разработки 2• Моделирование работы биологических

объектов, включая органы человека (например, биомолекул в качестве ячеек памяти (в МГУ))

• Встраивание чипов в живые объекты • Разработка лекарств, адаптированных к геному

конкретного человека• Разработка мультимедийных поисковых систем• Безопасные и надежные ОС (“Kaspersky

promises the impossible: A fully secure OS” (InfoWorld.com) для целей SCADA - supervisory control and data acquisition)

Пути разрешения кризиса ИТ

• Создание биологических компьютеров или новой архитектуры нейрокомпьютеров (мемристоры?)

• При открытии олимпиады в Лондоне в числе почетных гостей сразу после королевы Англии был назван лорд Тим Бернерс Ли – создатель WEB-технологий, лорда он получил за разработку технологии WWW, которая, пожалуй, повлияла на научный прогресс больше любой нобелевской работы.

Над чем думать?• Объективные методы оценки количества

информации• Искусственный интеллект (семантические сети?)• Алгоритмы понижения числа ошибок в

программах и минимизация человеческого фактора при их разработке

• Надежные системы сертификации и верификации программ

• Распознавание атак нулевого дня и разработка средств противодействия атакам

Благодарю за внимание

• Semenov@itep.ru• http://saturn.itep.ru• http://book.itep.ru