Nauka u podstaw

Z dr. Matthiasem Kaiserwerthem, dyrektorem laboratorium badawczo-rozwojowego IBM w Zurychu, rozmawia Dorota Konowrocka.

Z dr. Matthiasem Kaiserwerthem, dyrektorem laboratorium badawczo-rozwojowego IBM w Zurychu, rozmawia Dorota Konowrocka.

Jakie badania dotyczące podstawowej infrastruktury prowadzone są w centrum IBM w Zurychu?

Prowadzimy sporo badań dotyczących podstawowej infrastruktury IT, w szczególności dalszej miniaturyzacji procesorów. Wśród nich są takie dotyczące przezwyciężenia ograniczeń przepustowości łączy między procesorem a pamięcią cache. Wszyscy dziś zaczynają mówić o potrzebie uzyskania parametrów na poziomie 200 GB/s. Wydaje się, że można to uzyskać wykorzystując optoelektronikę. Sporo czasu i wysiłku poświęcamy na badania sieci połączeń w obrębie jednego komputera między wieloma płytami głównymi, w ramach jednej płyty, między różnymi procesorami i nawet w ich obrębie.

W ramach jednego z projektów zajmujemy się badaniami nad wykorzystaniem łączy optycznych, równolegle z elektrycznymi. Pracujemy też nad rozwiązaniami, które pozwalają stwierdzić, co zostało zainstalowane w centrum danych. Opracowaliśmy narzędzia, które pozwalają na automatyczne wykrywanie wszystkich elementów infrastruktury i tworzenie bazy danych konfiguracyjnych.

dr. Matthias Kaiserwerth

dr. Matthias Kaiserwerth

Czy współpracujecie z Google, Yahoo! lub innymi firmami, które mają do czynienia z olbrzymimi zasobami infrastruktury?

W IBM Almaden Reaserch Center rozpoczęto ostatnio projekt realizowany we współpracy z Google. Firma ta stworzyła coś określanego mianem compute cloud, czyli centrum danych opartego nie na kilku silnych maszynach, lecz na tysiącach mniejszych komputerów pracujących równolegle. Interesowało nas, jak tego rodzaju systemy się zachowują, jak nimi zarządzać. W Almaden odtworzyliśmy centrum Google. To środowisko testowe będzie mogło zostać wykorzystane w badaniach.

W kontekście konkurencji producentów mikroprocesorów najczęściej mówi się o wydajności procesora i jego wymiarach. Podejrzewam jednak, że ma ona wiele innych wymiarów...

Najważniejsze są materiały! Do tej pory w mikroprocesorach CMOS używano dwutlenku krzemu jako materiału dielektrycznego. Zarówno IBM, jak i Intel ogłosiły na początku 2007 r., że chcą teraz wykorzystywać dwutlenek hafnu. Laboratorium IBM w Zurychu wykorzystało superkomputer Blue Gene, aby modelować wygląd i zachowanie połączeń krzemu i hafnu w mikroprocesorze. Chcieliśmy znaleźć odpowiedź na pytanie, ile atomów tlenu niezbędne jest, aby uzyskać idealny materiał dielektryczny.

Czy hafn jest bardziej obiecujący niż krzem?

Tak, ponieważ z tradycyjnym dwutlenkiem krzemu dochodziliśmy do poziomu, w którym przy dalszej miniaturyzacji elementów półprzewodnikowych upływ prądu zaczynał być zbyt duży. Z dwutlenku hafnu można robić lepsze bramki dielektryczne i zmniejszyć wartości prądu upływowego. Mówi się w tej chwili dużo o nanotechnologii, a jednocześnie pomija się często znaczenie nowych materiałów w produkcji procesorów. A tak naprawdę większość innowacji ostatnich lat związana była z wykorzystaniem właśnie nowych materiałów. Wyzwaniem jest zawsze znalezienie takiego rodzaju materiału, aby można było wykorzystać istniejącą już infrastrukturę produkcyjną.

Jaka jest prawdziwa wartość procesora nie większego od drobiny kurzu? Czy chodzi o połączenie technologii IT i biotechnologii?

Na pewno tak, choć nie tylko o to. Prawdopodobnie już w tej chwili korzysta Pani z nanotechnologii, nawet o tym nie wiedząc, bo stosowana jest ona coraz powszechniej w produkcji kosmetyków. Ludzie wykorzystują nanotechnologię malując domy farbami, z których brud zmywa się sam wraz z deszczem, wstawiając w okna samomyjące się szyby, wykorzystując farby odporne na zadrapania.

Nanotechnologia, o której my mówimy, to nanostruktury. Nie chodzi nam już o stworzenie nanocząsteczek, lecz stworzenie struktur, które same są w stanie się zmontować w odpowiedni sposób, i powiązanie owych nanoobiektów ze sobą. Temat ten wykracza poza pokrywanie wielkich powierzchni warstwą nanocząsteczek. Stapianie się IT i biotechnologii jest interesującym zjawiskiem. Uniwersytet Kalifornijski prowadzi badania nad wykorzystaniem nanoporów, przez które można przepuścić molekuły DNA. Kiedy molekuły przechodzą przez owe otwory, pojawiają się sygnały elektryczne. Jeśli będziemy w stanie je odczytać, będzie można rozpoznać poszczególne pary nukleotydów tworzących łańcuch DNA. Byłaby to więc tania metoda sekwencjonowania DNA. Mówi się o wykorzystaniu nanomembran do filtrowania wody, czy jej odsalania. Bliższe nam, choć my się tym nie zajmujemy, są panele słoneczne korzystające z nanotechnologii.

Moim zdaniem nano to kolejna, przełomowa technologia - po pierwotnej industrializacji i rozwoju technologii IT, ale jesteśmy dopiero na jej początku. Rosja chce wydać na rozwój nanotechnologii 5-6 mld USD. Będziemy jednak świadkami innych znaczących inwestycji w tego rodzaju technologie.

Żyjemy w czasach, w których bardzo gorący jest temat pozyskiwania energii ze źródeł innych niż nieodnawialne. Czy IBM robi coś w tym zakresie?

Przyglądamy się wykorzystywaniu energii w . To ma dwa wymiary. Prowadzimy sporo badań w zakresie chłodzenia procesorów i odprowadzania ciepła. Sprawdzamy, w jaki sposób można odzyskiwać i powtórnie wykorzystywać ciepło. Najlepszą, choć jednocześnie najdroższą i najbardziej skomplikowaną metodą chłodzenia, jest chłodzenie cieczą, ale problemem np. w przypadku serwerów kasetowych jest taki, że podczas ich wyjmowania z obudowy obieg wody nie może zostać przerwany lub uszkodzony, a zatem potrzebne są jakieś zawory, aby woda nie wyciekała.

Z drugiej strony nowe z dwutlenkiem hafnu nie będą się tak rozgrzewały, co oznacza mniejsze zużycie energii. Przyglądamy się również technikom wirtualizacji. W typowym centrum danych moc przetwarzania serwerów jest wykorzystywana zazwyczaj w 20%, szczególnie dotyczy to serwerów z procesorami Intela. umożliwia zwiększenie poziomu wykorzystania serwerów, a dzięki temu zmniejszenie ich liczby i potrzebnej do zasilania energii.

Mamy w Polsce, i zapewne nie tylko w Polsce, problem z przyciągnięciem studentów na kierunki inżynierskie. Jak go rozwiązać?

Myślę, że to ogromny problem, dający się zaobserwować szczególnie w świecie zachodnim. Odsetek absolwentów kierunków inżynierskich i generalnie ścisłych w Indiach i Chinach jest znacznie wyższy niż w Europie czy Stanach Zjednoczonych. Zachodni studenci zainteresowani są naukami społecznymi, marketingiem, zarządzaniem i prawem. Nie staniemy się dzięki temu konkurencyjni. Myślę, że musimy zacząć rozwiązywać ten problem bardzo wcześnie, na poziomie przedszkola. Musimy sprawić, aby technologia zaczęła się wydawać młodym ludziom ekscytująca, w całym okresie kształcenia. Jednym z istotnych elementów pobudzania zainteresowań w tym kierunku są rozmaite muzea naukowe i parki edukacyjno-technologiczne. Inne elementy to odpowiednie programy dla dzieci w telewizji. Moja córka ma 11 lat i widzę, że to jest już zbyt późno, aby rozbudzić zainteresowanie technologią.

Spotkałam się ostatnio z terminem "out of touch generation", określającym pokolenie ludzi 20-, 30-letnich, którzy nie są już w stanie naprawić zepsutego gniazdka telefonicznego czy elektrycznego, gdyż w ogóle nie rozumieją zasad jego funkcjonowania. Obsługują na co dzień skomplikowane urządzenia, ale ich natura jest im zupełnie obca...

Wielu ludzi myli dwie rzeczy. W szwajcarskich gimnazjach informatyka była kiedyś przedmiotem nieobowiązkowym. Teraz tego przedmiotu nie ma już w ogóle. Uzasadnienie dla zaprzestania prowadzenia tego rodzaju lekcji brzmiało: każdy ma teraz komputer PC, więc każdy już wie, jak z niego korzystać. To nieprawda! Wiedza o tym, jak wykorzystać komputer, analogiczna jest do wiedzy, jak wykorzystać telewizor. Umiejętność korzystania z systemu Windows nie ma wiele wspólnego ze znajomością informatyki. W Szwajcarii pomyślano tak: wnieśmy komputery do każdej klasy i podłączmy każdą klasę do Internetu. Ale to nie wzbudza zainteresowania technologią! Wciąga dzieci w obszar oddziaływania nowych mediów, ale to wszystko. Musimy wrócić do podstaw. Co to jest algorytm, z czego składa się komputer Neumanna, jak napisać prosty program, który coś zrobi, coś przeliczy - nauczanie tych rzeczy określiłbym mianem informatyki.

Od czego zacząć nauczanie młodzieży? Kółek szachowych i kostki Rubika?

Tak! Możemy obwiniać informatyków za to, że nie uświadamiają w krajach zachodnich polityków, którzy dziś są przekonani, że informatyka jest wiedzą o tym, jak działa komputer. My musimy im uświadomić, że informatyka to coś więcej niż przyłączenie czegoś do portu USB.