Мобильный мир в будущем (по материалам IDF Spring 2003)

Развитие компьютерных и электронных отраслей индустрии, основанных на использовании современных высоких технологий, невозможно без тесной международной интеграции и широкого обмена научно-технической информацией. При этом быстрый прогресс требует значительных финансовых затрат на осуществление перспективных исследований, разработку и выпуск продукции. В условиях же жесткой конкуренции цена ошибок планирования и производства может быть чрезвычайно высокой. В результате совершенных ошибок не только мелкие фирмы, но и флагманы индустрии с многомиллиардными оборотами имеют шанс сойти со сцены и стать лишь объектами славной истории развития информационных технологий. Именно поэтому предприятия отрасли, связанные с высокими технологиями, нуждаются в надежных ориентирах, обеспечивающих эффективное поступательное развитие. Для этой важной цели и служат многочисленные встречи ведущих бизнесменов, ученых, технических специалистов и представителей средств массовой информации. Одним из примеров таких встреч служат регулярные мероприятия IDF (IDF - Intel Developer Forum, далее — Форум Intel).
Форум Intel проводится дважды в году и посвящен высоким технологиям в области компьютеров и электроники. Он проводится в форме выездных сессий в разных странах. Каждая из этих сессий Форума Intel является крупнейшим мероприятием для разработчиков аппаратных средств и программного обеспечения. Кстати, одно из таких мероприятий проводилось в 2002 году в Москве.
На заседаниях Форума Intel обсуждаются самые современные продукты. Крупнейшими специалистами отрасли затрагиваются перспективные направления, а также анализируются возможности существующих и будущих технологий.
В конце февраля 2003 года в Сан-Хосе (США, Калифорния) прошел первый в этом году Форум Intel разработчиков и специалистов электроники, открывший весеннюю череду сессий, — IDF Spring 2003.
Представленные на этом Форуме Intel новейшие изделия и технологии заложили основу многих направлений. Они будут долгое время оказывать большое влияние на развитие не только отраслей индустрии, связанных с компьютерами и электроникой, но, учитывая значение современных информационных технологий в современном хозяйственном механизме, и на всю экономику большинства стран мира. При этом важной частью ускоренного внедрения новейших разработок в быту и бизнесе является анонсирование и популяризация представленных на этом мероприятии перспективных достижений. В значительной степени это осуществлялось через доклады ведущих специалистов отрасли.
Пожалуй, основными направлениями прошедшего Форума Intel были мобильность и беспроводной доступ. В частности, ведущими специалистами ряда крупнейших организаций был высказан ряд основополагающих идей относительно того, как именно представители высокотехнологичной индустрии, в значительной степени определяющей ее эволюцию, видят развитие этих двух направлений в ближайшем будущем, например, в грядущем 2004 году.
В своих докладах доктор Шрикант Таккар (Dr. Shreekant S. Thakkar, Director, Mobile Platform Architecture Mobile Platforms Group) и Джон Калхун (John Calhoon, Technical Evangelist Windows Hardware Experience Group, Microsoft Corp) озвучили основные требования, которые накладываются на мобильные устройства, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, например, к Интернету. Этими важнейшими требованиями являются:

непрерываемый, надежный беспроводной доступ,
новаторский форм-фактор,
высокая производительность,
большое время работы от батареи.

Для реализации данных требований были предложены три направления развития мобильных технологий, получившие следующие англоязычные наименования:

Always Best Connected
Location Aware Computing
Always-On Secondary Display

"Always On" (AON) — это режим, обеспечивающий постоянное нахождение на связи. Актуальность AON следует из того, что пользователь мобильных средств, перемещаясь внутри и вне предприятия, хочет, а нередко и должен постоянно оставаться на связи. AON позволяет осуществлять доступ к необходимой информации удаленно. При этом многие задачи можно выполнять даже в условиях закрытого ноутбука. В качестве варианта такой задачи можно привести, например, синхронизацию информации с корпоративным сервером. Благодаря указанному режиму эксплуатации портативных технических средств их энергопотребление является минимальным, что позволяет использовать мобильный компьютер существенно дольше обычного. Для осуществления этого компьютер дополнительно оснащается миниатюрным экраном, как правило, низкого разрешения на крышке компьютера. Благодаря AON и этому дополнительному экрану появляется возможность принимать и читать электронную почту, работать с органайзером и т. д., не открывая ноутбук и экономя значительную часть энергии встроенного аккумулятора.
В настоящее время формально существуют уже две концепции AON, ориентированные на ближайшие два года.
Одна, предназначенная к реализации уже в 2004 году, именуется как "Office Warrior" и подразумевает:

непрерывный сетевой доступ во время перемещения внутри предприятия,
миниатюрный экран на крышке компьютера,
постоянная связь WLAN (Wireless Local Area Network),
синхронизация, например, с Exchange, при закрытом ноутбуке,
существенно увеличенное время работы батареи в режиме AON.

Пользователь имеет возможность перемещаться по предприятию, между подразделениями и зданиями, постоянно оставаясь на связи через закрытый, но работающий ноутбук. Поскольку основной экран мобильного компьютера обесточен, энергопотребление всего устройства остается на минимальном уровне. Однако довольно часто выполнение рабочих функций осуществляется не только в пределах родного предприятия, и пользователь, покидая его пределы, нередко испытывает потребность и необходимость оставаться в сети.
Осуществление второй концепции, носящей имя "Road Warrior" обеспечивает реализацию данной потребности. При этом компьютер остается упакованным в сумку, но продолжает работать в сети, связываясь и синхронизируясь, например, с другим автономным устройством. В качестве последнего может выступать сотовый телефон или PDA со связью Bluetooth. В результате при поступлении письма или сообщения на мобильный компьютер оно передается на сотовый телефон, где и может быть прочитано пользователем данных мобильных средств. Таким образом, концепция "Road Warrior" является существенным расширением "Office Warrior" и будет распространена уже в 2005 году. Она включает в себя:

непрерывный сетевой доступ во время перемещения внутри и снаружи предприятия,
миниатюрный экран на автономном устройстве, например, сотовом телефоне,
постоянная связь WWAN (Wireless Wide Area Network),
еще большее время работы батареи при режиме AON.

Возвращаясь же к ранее сформулированным требованиям, необходимо отметить, что остались нерассмотренными еще два пункта. Это "Always Best Connected" и "Location Aware Computing".
"Always Best Connected" (ABC) — постоянно наилучшее соединение, по сути, подразумевает автоматический выбор оптимального для аппаратных средств пользователя типа соединения. При этом оптимальный тип соединения означает обеспечение гладкого, без заметного разрыва связи, переключения между Wi-Fi, GPRS и LAN, прозрачной регистрации в сетях WLAN и WWAN типа, единой биллинговой системы.

Переключение между сетями разного стандарта должно осуществляться автоматически по заданным пользователем критериям. Примером последних могут служить пропускная способность канала связи, цена, расход энергии аккумуляторной батареи компьютера на поддержание связи, а также другие часто не менее важные критерии. Конечно, очевидно, что успешная работа мобильных средств невозможна без соответствующей поддержки прикладным и системным программным обеспечением, разрабатываем фирмами, занятыми реализацией данных проектов. Утверждается, что многие современные операционные системы уже имеют некоторые встроенные средства переключения с одной сети на другую. Среди них назывались такие популярные системы, как Windows 98, Windows 2000 и Windows XP.
Единая система аутентификации в разнородных беспроводных системах может быть осуществлена через использование SIM карты сети GSM/GPRS. Причем само GPRS соединение не требуется. Интеграция SIM в компьютер может происходить с использованием интерфейса mPCI Express или USB.
Следует отметить, что доклады Форума IDF, связанные с мобильной тематикой, носили не только теоретический характер. На одной из многочисленных презентаций была продемонстрирована работа ABC. В процессе показа у компьютера, соединенного с сетью через USB, выдернули USB шнур. При этом, что удивительно, работоспособность системы не была нарушена, поскольку соединение автоматически и практически мгновенно переключилось на Wireless LAN. В результате выполнение поставленной задачи мобильными средствами успешно продолжилось без заметного перерыва в работе. Это стало эффектной демонстрацией возможностей систем, использующих современные технологии, которые можно успешно использовать, например, в мобильных устройствах.
Полезным дополнением функций мобильных средств является реализация последнего из перечисленных требований. Речь идет о "Location Aware Computing" (LAC). LAC — это всестороннее использование информации о текущем местоположении пользователя. Примером может служить ориентация на местности, использование карт, маршрутов, поиск конкретного адреса в чужом городе и т. п. Реализация многих из этих возможностей осуществляется высоким темпом в течение нескольких последних лет.
Уже сейчас во многих странах мира используются различные системы аппаратно-программных средств помощи водителям автомобилей, которым предоставляются карты, информация о пробках, рекомендации по планированию и оптимизации маршрутов и т. п. При этом интерфейс между пользователем и указанными средствами подразумевает использование не только традиционных методов, связанных с использованием различных вариантов клавиатур и дисплеев, но также и голосовой индикации и управления.
Еще одной хорошей демонстрацией возможностей современных технологий может служить, например, получение прогноза погоды в любой точке планеты. Эта информация пользователю мобильных средств уже доступна в любое время, даже в тех случаях, когда он находится в пути. Обычно для получения данной информации необходимо детально указывать название города. В настоящее время в данном сервисе нет ничего особенного. Это уже реализовано для многих участков нашей планеты. И этой цели служат многочисленные специализированные сайты в Интернете.
Однако, используя технологию LAC, пользователь соответствующих мобильных средств уже в ближайшее время сможет в автоматическом режиме отправить координаты в метеорологический центр для получения прогноза для местности, в которой он находится в данный момент. При этом запрошенная информация может быть получена также в автоматическом режиме, что, безусловно, удобно, особенно для пользователей, не обладающих профессиональными знаниями в компьютерных технологиях.
Указанный пример в какой-то степени демонстрирует довольно известный и уже частично реализованный сервис, имеющий, можно сказать, глобальное распространение и рассчитанный на очень широкий диапазон пользователей. Однако возможности технологии LAC могут использоваться и сравнительно ограниченным числом пользователей для локальных, узких применений. Так, например, с помощью LAC внутри предприятия может быть облегчен поиск таких ресурсов как принтер или банкомат.
Для реализации перечисленных и многих других возможностей необходимы специальные механизмы, которые будут способны определить местоположение с приемлемой точностью. Кроме того, требуются программы, которые, используя полученные данные, будут предоставлять пользователю как указанные, так и многие другие дополнительные возможности, облегчающие работу, досуг и вообще быт людей в быстро изменяющемся окружающем мире.
И такие средства, действительно, появляются. Некоторые из них осуществляют постоянный мониторинг источников информации. Так, например, фирма Intel предоставляет технологию Location Fuser. Реализация этой технологии обеспечивает сбор информации со множества источников и непрерывную передачу конечных данных операционной системе. Операционная же система совместно со специальными прикладными программами осуществляет обработку этой информации и предоставляет результаты пользователю в удобном для использования виде. А в каких-то случаях возможно и принятие решения в автоматическом режиме уже без вмешательства человека, что облегчает решение многих проблем, например, даже тех, которые связаны с производственными технологиями.

Некоторые методы определения местоположения пользователя WWAN, которые доступны уже сегодня:

Cell-ID позволяет определить почтовый индекс места, где находится пользователь. Данная технология уже доступна сегодня, но необходима модернизация оборудования.
На основе GSM, точность от 50 до 100 метров.
CDMA с использованием AGPS, точность до 10 метров.
Global Positioning System (GPS): технология с использованием спутников, точность до 10 метров, существует возможность мониторинга передвижений, низкая эффективность при использовании в помещениях.

Совместно с аппаратными механизмами разрабатывается и соответствующее специализированное программное обеспечение, поддерживающее и развивающее концепцию LAC. Ярким промером может служить, например, Microsoft MapPoint .NET. Это программный продукт, являющийся платформой для разработки программного обеспечения для LAC.
Необходимо отметить, что некоторые из проблем и примеров использования мобильных технологий нашли отражение в одном из докладов вице-президента Intel Патрика Гелсингера (Patrick Gelsinger, Vice President, Chief Technology Officer, Intel Corporation). В своем выступлении он описал, какой будет фабрика по производству пока только разрабатываемых микропроцессоров.

Итак, какой же видится одному из ведущих руководителей фирмы Intel фабрика полупроводниковых компонентов в 2015 году? В качестве примера была рассмотрена работа на фабрике с гипотетическим наименованием Fab52, производящей процессоры на 450 мм подложке по будущему 11 нм технологическому процессу. На такой фабрике будущего довольно сложные, свободно перемещающиеся роботизированные механизмы, выполняя необходимые производственные операции, обмениваются разнообразной информацией. При этом они будут использовать возможности беспроводной передачи данных, позиционируя себя с помощью технологий типа LAC. Управляться все это будет как распределенными, так и мощными централизованными вычислительными средствами с использованием многих из вышеперечисленных технологий. Везде установлены беспроводные датчики, данные автоматически передаются в центральный управляющий компьютер. При необходимости компьютер сообщает информацию голосом. Каждый рабочий имеет практически мгновенный беспроводной доступ ко всем необходимым данным, используя мобильное устройство, которое свободно помещается на руке. Центральный компьютер контролирует и координирует работу беспроводным способом, зная, где расположен инженер, и что он делает. В качестве примера было продемонстрировано, как компьютер подсказал инженеру, как пройти к большому экрану для просмотра электронной схемы нового разрабатываемого устройства.
Итак, на такой фабрике немногочисленному персоналу останутся в основном ключевые функции контроля, осуществляемого либо локально, либо дистанционно с помощью разнообразных мобильных устройств, функциональные возможности и вычислительная мощь которых постоянно возрастает. И как уже неоднократно подчеркивалось, мобильные устройства, дополненные средствами, реализующими разнообразные беспроводные технологии, позволяют не только более эффективно выполнять уже существующие рабочие операции, но и значительно расширить сферу возможных применений данных перспективных изделий.
На данный же момент мобильные платформы, например, 2004 года должны включать:

преобразуемый, съемный ноутбук,
2,4 фунтовый (1,09 кг) графический планшет, 4,5 фунтовый (2,04 кг) лаптоп,
мощная аккумуляторная батарея, обеспечивающая работу в течение 6 часов,
литий полимерная (Li-Polymer) технология для аккумулятора, которая позволит создавать источник энергопитания произвольной формы и располагать его, например, по периметру компьютера,
Always-On Office Warrior,
Always Best Connected,
802.11a/b, GPRS, Bluetooth,
отсутствие вентиляторов,
жесткий диск форм-фактора 1,8",
датчик окружающего освещения, который позволит регулировать подсветку экрана в зависимости от освещенности окружающей среды,
высокопроизводительный процессор следующего поколения.

Несмотря на то, что многое из перечисленного ориентировано на будущее, образцы таких портативных компьютеров, являющихся физическим воплощением многих рассмотренных выше мобильных технологий, были неоднократно продемонстрированы на основных и специализированных докладах Форума Intel.

К слову сказать, большую роль в достижении поставленных целей совершенствования архитектуры и расширения возможностей мобильных компьютеров играет перспективная технология PCI Express. Она способна обеспечить сравнительно высокую пропускную способность, а, следовательно, и производительность. Кроме того, ее характеризует масштабируемость, сравнительно низкое энергопотребление, небольшая стоимость реализации.
Новый форм-фактор плат PCI Express, ориентированных в настоящее время в основном на мобильные решения и получившие наименование NEWCARD, подразумевает существенно меньшие размеры по сравнению с используемыми PCMCIA. Новые карты составляют приблизительно сорок процентов размера старых. Схожий дизайн внутренних (miniPCI Express) и внешних (NEWCARD) карт стандарта PCI Express существенно снижает стоимость разработки новых устройств, предназначенных для использования в мобильных компьютерах. Таким образом, разработав очередное внешнее устройство, производитель с легкостью сможет в перспективе мигрировать к его внутреннему использованию. Кроме этого форм-фактора, разработан также стандарт двойных карт. Эти карты сочетают в себе два устройства PCI Express и имеют, соответственно, двойную ширину. Вследствие этого при тех же, что и PCMCIA карты, размерах можно создавать уже два устройства.
Все необходимые для производства и использования карт нового форм-фактора спецификации будут доступны уже в 2003 году.

Следует отметить, что немаловажное значение для эксплуатации мобильных устройств имеет такой параметр, как время автономной работы, обеспечиваемое внутренним источником питания. Над этой проблемой работают многие фирмы. В результате уже к концу 2004 года планируется создавать системы, способные работать более 8 часов. Чтобы понять пути возможной экономии энергии, на представленном ниже рисунке приведен процентный расход энергии батареи различными устройствами в мобильном компьютере. Указанные оценки были получены в процессе тестирования, в котором использовалась система, созданная на основе следующих компонентов:

процессор Intel Pentium III-M с тактовой частотой 1,2 ГГц,
чипсет Intel 830MP,
дисплей LCD 14,1” SXGA+,
жесткий диск 30 Гбайт,
оперативная память 256 Мбайт,
оптический дисковод CD/DVD Combo,
операционная система Windows XP,
тест MobileMark 2002.

На представленной диаграмме видно, что основными потребителями энергии являются дисплей, процессор и система энергопреобразования. Именно поэтому ведутся разработки дисплеев с низкой потребляемой мощностью 3 Вт. Что касается процессоров, то фирма Intel уже разработала новую мобильную платформу и даже продемонстрировала ее в действии. Речь идет о технологии, получившей наименование Intel Centrino. Эта технология предусматривает использование следующих компонентов мобильной платформы:

процессор Intel Pentium M, ранее известный как Banias и состоящий примерно из 77 млн. транзисторов,
специально разработанный чипсет (семейство Intel 855 с хабом ICH4-M),
плата беспроводного доступа Intel Pro.

Применение указанных компонентов позволяет не только повысить производительность мобильных решений, но и реализовать дополнительные функции, например, такие, как беспроводной доступ к сетевым ресурсам, а также значительно снизить общее энергопотребление.
Необходимо отметить, что в 2002 году системы строились из расчета потребления в среднем 15 Вт. В 2003 году этот показатель должен быть снижен до уровня 13 Вт. Системы же 2004 года будут потреблять уже в среднем менее 10 Вт.


Следует отметить, что вместе с многочисленными технологиями, обеспечивающими снижение уровня энергопотребления компонентами мобильных систем, разрабатываются альтернативные традиционным литий ионным (Li-Ion) батареям источники питания. Наиболее многообещающими и перспективными является технологии электропитания, основанные на использовании разнообразных топливных элементов.
Так, например, в феврале 2003 года была осуществлена техническая демонстрация одного из таких элементов, основанных на применении метанола. При этом обещано, что уже в 2004 году будет создан прототип серийных моделей таких устройств. В начале же 2006 года планируется массовый выпуск и использование подобных источников питания в различных устройствах.
Благодаря реализации принципиально новых и чрезвычайно перспективных источников электропитания, обладающих большой энергоемкостью, будущие мобильные системы будут обладать существенно большим ресурсом автономной работы, а также меньшими габаритами и весом. В сочетании же с реализацией описанных технологий они позволяют вывести мобильные устройства на новый уровень функциональных возможностей. Каких — покажет время. Контуры же будущего на ближайшие несколько лет были обозначены на прошедшем весеннем Форуме Intel.

В статье были использованы материалы IDF Spring 2003 и документы фирмы Intel.