Транзисторы из пластика, электронная бумага, практически вечные источники питания на основе «нанобатарей» и даже глубоководные морские губки, вырабатывающие стекловолокно,— вот лишь небольшой перечень новых идей Bell Labs

В октябре Москву посетили ведущие специалисты Bell Labs, научно-исследовательского центра компании Lucent Technologies, и познакомили российских партнеров и представителей СМИ с некоторыми перспективными разработками. На пресс-конференции, состоявшейся в рамках этого визита, выступили Роджер Леви, вице-президент центра разработки программных средств отдела передовых технологий Bell Labs, а также научные сотрудники Анатолий Ольховец и Флавио Пардо.

Как подчеркнул Роджер Леви, в Lucent Technologies большое внимание уделяют развитию перспективных технологий. Ежегодно компания тратит более 12% дохода на научно-исследовательскую деятельность и 1% (а это около 100 млн. долл.!) — на фундаментальные исследования. В настоящее время в число приоритетных направлений поиска Bell Labs входят широкополосный доступ, сетевое управление, мобильная связь, оптические системы передачи данных, конвергентные сети, промежуточное сетевое ПО, микро- и нанотехнологии.

Остановившись на будущем телекоммуникаций, Роджер Леви отметил, что одной из актуальных задач является упрощение сложных сетей при одновременном расширении их функциональных возможностей. Доминирующая тенденция сегодняшнего дня заключается в том, что клиенты хотят иметь доступ к любой информации в любом месте, в любое время и по разумной цене. Специалисты Bell Labs считают, что для решения данной задачи потребуется осуществить конвергенцию всех сетей (мобильных, стационарных, голосовых и сетей передачи данных) и создать единую инфраструктуру связи. Благодаря этому в распоряжение абонентов будет предоставлено множество технологий доступа, и, кроме того, клиенты смогут пользоваться одними и теми же сервисами независимо от методов доступа.

Подробнее об эволюции проводной и беспроводной связи, а также о новых сетевых архитектурах рассказал Анатолий Ольховец. По его словам, сегодня операторам связи приходится иметь дело с большим разнообразием устройств, технологий, сетей и архитектур. И это — огромная проблема. Ситуация усугубляется экспоненциальным ростом характеристик практически всех электронных устройств и систем передачи данных. Специалисты подсчитали, что каждые полтора-два года удваивается быстродействие процессоров, ежегодно вдвое увеличивается объем трафика, через каждые 9 месяцев в два раза повышается плотность хранения данных, каждые 5 лет на порядок, а то и на два увеличивается емкость каналов мобильной связи, каждые два года удваивается объем операционных систем.

За всю историю существования Bell Labs ее учеными и инженерами сделано свыше 40 тыс. открытий и изобретений и получено более 31 тыс. патентов. В среднем регистрируется 2 патента в день. 11 сотрудников Bell Labs стали лауреатами Нобелевских премий.

Сегодня трафик порождается не только людьми, но и компьютерами. В недалеком будущем количество мобильных терминалов, используемых людьми, достигнет порога насыщения, но число устройств, обеспечивающих межмашинное взаимодействие (М2М — Machine to Machine), будет расти быстрыми темпами. По прогнозу Yankee Group, в 2010 г. количество терминалов М2М составит 64% от общего числа терминалов.

Какой же должна быть сетевая архитектура будущего, как обработать и передать всю эту лавину данных? Специалисты Bell Labs видят решение проблемы. По их мнению, будут использоваться два типа беспроводных сетей — традиционные сотовые сети, емкость которых растет пропорционально числу базовых станций, а пропускная способность в расчете на одного абонента остается постоянной, и динамические сети (их емкость растет пропорционально числу узлов, а пропускная способность зависит от количества абонентов). В таких сетях каждый узел «самостоятельно решает», куда направить принятый сигнал, то есть фактически осуществляет маршрутизацию трафика. Сотовая архитектура будет доминировать в ближайшей перспективе, но для передачи растущих объемов трафика размеры сот будут уменьшаться, а их емкость — увеличиваться. Но уже сегодня пропускная способность систем близка к теоретическому значению — пределу Шеннона. Резервов для повышения характеристик мало. Это могут быть более эффективные методы подавления помех, или применение «интеллектуальных» антенн, когда базовая станция направляет луч на конечного пользователя. В Bell Labs также разработано решение, представляющее собой распределенную базовую станцию: вместо одной большой антенны используется несколько небольших. Но любой из этих путей требует более точной синхронизации базовых станций и предъявляет высокие требования к магистральным каналам между ними. Отсюда следует важный вывод — беспроводная связь не заменит проводную. Напротив, совершенствование беспроводной связи потребует наличия повсеместной, высококачественной и недорогой проводной инфраструктуры.

Здесь будущее принадлежит фотонным устройствам. Инженеры и ученые Bell Labs в рамках четырехлетней программы, финансируемой правительством США и агентством DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency — Управление перспективных исследовательских программ), работают над созданием фотонного маршрутизатора, способного осуществлять высокоскоростную оптическую маршрутизацию пакетов.

Еще одно важнейшее направление деятельности Bell Labs — разработки и исследования в области микро- и нанотехнологий. Как заявил Роджер Леви, в этой сфере Bell Labs опережает конкурентов примерно на 10 лет. А Флавио Пардо добавил, что, по прогнозам Национального научного фонда США, объем отрасли нанотехнологий достигнет к 2015 г. 1 трлн. долл. Далее он подробно рассказал о некоторых достижениях компании — создании оптического коммутатора, разработке планарных оптических интегральных схем, цифровой голографии, «клеточном» телефоне, нанопорах и сверхгидрофобных наноструктурных поверхностях.

Специалисты подсчитали, что средняя семья использует не менее 25 устройств, ведущих свое происхождение от разработок Bell Labs. В их числе обычный и сотовый телефоны, телевизор, пульт дистанционного управления, видеомагнитофон, стереосистема, проигрыватель компакт-дисков, компьютер и др.

Как известно, большинство микроэлектронных устройств основано на кремниевой технологии. Кремний — хрупкий материал, но его микроскопические фрагменты ведут себя удивительным образом — они становятся упругими и эластичными. С помощью специальной технологии специалисты Bell Labs создали из кремния микроскопические зеркала и пружины. Диаметр зеркала составляет 850 мкм, а размер пружины — 400 нм. На одном кристалле удалось разместить около 300 таких зеркал. Данная разработка легла в основу создания оптического коммутатора. До сих пор в коммутаторах приходилось оптический сигнал преобразовывать в электрический, затем на электронном уровне осуществлялась коммутация, после чего электрический сигнал вновь преобразовывался в оптический. Теперь можно будет обойтись без этих многочисленных превращений.

Следующим шагом стало создание планарных оптических интегральных схем. На одном чипе размещены световоды, лазеры, оптические приемники и другие элементы. С помощью таких устройств можно осуществлять оптическую мультипликацию потоков ввода и вывода.

Следующая разработка Bell Labs, получившая название цифровой голографии, относится к области формирования оптических сигналов. Представьте себе миллионы программируемых механических пикселей размером от 3 до 100 мкм, с помощью которых можно управлять волновым фронтом. «Мы только сейчас начинаем понимать, где и как можно использовать эту технологию», — сказал Флавио Пардо. Ученые считают, что по завершении программы исследований они создадут «оптические» пинцеты, позволяющие осуществлять манипуляции на клеточном уровне, освоят быстрое, гибкое и дешевое изготовление прототипов интегральных схем методом безмасочной литографии и смогут осуществлять оптическую связь в открытом пространстве и формировать изображения с помощью адаптивной оптики. Ожидается, что цифровая голография найдет применение в астрономии и офтальмологии.

Исследования в области сверхгидрофобных структур привели к созданию «наногазона» — с помощью эффекта электросмачивания можно управлять перемещением различных жидкостей по чипу. Это открывает перспективы для конструирования биологических чипов, а также позволяет реализовать на одном чипе целую химическую лабораторию.

Еще один проект Bell Labs в сфере нанотехнологий — разработка «клеточного» телефона — миниатюрного устройства, которое можно будет имплантировать в живую клетку, с тем чтобы получать оттуда нужную информацию. Полным ходом идут работы над технологией, обеспечивающей анализ ДНК в реальном времени. В Bell Labs освоены методы создания так называемых «нанопор» — микроскопических отверстий в кремниевых пластинах. Если в «нанопору» поместить нанотранзистор, а затем пропустить через «нанопору» молекулу ДНК, то по мере ее прохождения можно, измеряя электрические поля, регистрировать каждый компонент этой длинной цепочки.

Версия для печати (без изображений)