Сеть исследовательских мини-лабораторий Intel, объединяющих в своих стенах отраслевых и академических специалистов, развивает "внеплановые" идеи и проверяет их на жизнеспособность
В ходе подготовки к осеннему (2001 г.) Форуму Intel для разработчиков произошло примечательное событие: "гвоздем" заключительного пленарного доклада был выбран не доклад о процессорах Itanium) или Madison, а выдвинутая Intel концепция проактивных вычислений.
Доклад представили совместно вице-президент, главный директор по технологиям корпорации Intel Патрик Гелсингер и старший вице-президент, генеральный менеджер подразделения Technology and Manufacturing Group корпорации Intel Сунлин Чжоу. Представленная ими программа исследований включала 90-нанометровый производственный процесс Intel, дебют которого должен состояться в 2003 г. с выпуском процессора Prescott, и пионерские разработки в области сверхкоротковолновой ультрафиолетовой литографии, призванные способствовать развитию закона Мура. Наконец, в докладе прозвучала предложенная Гелсингером концепция расширения области применимости закона Мура, примерами которой могут быть такие передовые технологии, как
* Изготовленные с применением микромеханических технологий микрорадиаторы для охлаждения процессоров, адаптивные антенны и радиочастотные компоненты для коммутаторов, резонаторов и фильтров, которые в традиционном исполнении на основе полупроводниковых микросхем потребляют слишком много энергии, чтобы их можно было использовать во многих устройствах, например сотовых телефонах;
* "Самонастраивающиеся" сенсорные сети с беспроводной связью;
* Фотоэлектронные устройства - оптические коммутаторы и дешевые перестраиваемые лазеры, - которые можно было бы применять для передачи сигналов между полупроводниковыми компонентами.
Очевидно, корпорация Intel не собирается уступать своего лидерства как в микроархитектуре и проектировании интегральных микросхем, так и в технологиях обработки и производства полупроводниковых компонентов, - областях, на которые направляется большая часть четырехмиллиардного исследовательского бюджета корпорации. В подтверждение этого Intel раскрыла подробности своего нового 90-нанометрового производственного процесса, который будет внедрен в производство с вводом в промышленную эксплуатацию переоснащенного завода корпорации в Хиллсборо, штат Орегон.
Тем не менее доклад Гелсингера наглядно показал, что корпорация Intel весьма серьезно относится к новым технологиям, способным расширить бизнес корпорации, сформировав новые рынки и направления, - или разрушить этот бизнес, если их упустить из виду или оставить без внимания. По словам Гелсингера, точка зрения корпорации Intel на будущее вычислительных технологий - это мир, в котором "не люди приспосабливаются к компьютерам, а компьютеры приспосабливаются к людям и их потребностям, что позволяет интегрировать вычислительные технологии во все аспекты нашей повседневной жизни".
Подтвержденная практикой способность корпорации Intel претворять в жизнь закон Мура позволяет корпорации без больших затрат разрабатывать и развивать узконаправленные "нишевые" технологии, стимулируя спрос на них и в конечном счете делая эти технологии широко доступными для новых рынков, новых видов продукции и категорий пользователей. "Самонастраивающиеся" беспроводные сети, состоящие из недорогих сенсоров, открывают возможность реализации новых услуг и решений для дома, офиса, производства, здравоохранения и экологического контроля. Такие сети будут поставлять колоссальные объемы данных в вычислительные центры и на настольные ПК, создавая тем самым новые стимулы для развития основного бизнеса корпорации Intel. По меньшей мере, Intel на это надеется.
Intel Research и концепция упреждающих вычислений
Чтобы организовать и реализовать исследования в рамках этой новой концепции, корпорация в 1999 г. приняла на работу Дэвида Тенненхауза, ставшего основателем подразделения Intel Research. В прошлом главный научный специалист и директор отдела информационных технологий DARPA - Управления перспективных исследовательских программ США в области обороны - Тенненхауз ясно понимает ключевую роль концепции упреждающих вычислений как основы деятельности Intel Research. В течение последних 40 лет отрасль информационных технологий и научное сообщество общими усилиями реализовали выдвинутую Дж. Ликлейтером идею интерактивных вычислений. Однако, по словам Тенненхауза, рубеж в один компьютер на человека давно пройден, сегодня на одного человека может приходиться пять или десять компьютеров, - но мы так и не ушли от непосредственного интерактивного взаимодействия и не приблизились к реализации нового направления в развитии персональных вычислительных систем - упреждающих вычислений.
Как осуществить идею упреждающих вычислений, сохранив все имеющиеся у пользователей возможности? Что нужно сделать сегодня, чтобы подготовиться к тому дню, когда на одного человека будет приходиться тысяча интеллектуальных устройств, способных взаимодействовать между собой, предугадывая наши потребности и заранее отвечая на них? Иначе говоря, как избежать старения и заката компьютерной отрасли, - как состарилось автомобилестроение, занятое сегодня изысками дизайна вместо совершенствования двигателей, - и вывести компьютерные технологии на новый уровень, на один-два порядка выше нынешнего?
Intel Research - это небольшая группа исследователей и сотрудников корпорации (подробнее см. описание "Corporate Technology Group"). Из 90 нынешних сотрудников Intel Research лишь несколько человек, работающих в штаб-квартире корпорации в Санта-Кларе, являются штатными менеджерами и специалистами. Большинство же работает в финансируемых корпорацией Intel университетских мини-лабораториях, или участвуют в отдельных проектах в лабораториях различных бизнес-подразделений корпорации. Цель Intel Research - доведение перспективных технологий до готовых продуктов в сроки от трех до десяти лет и выполнение стратегических перспективных исследований, нацеленных на перспективу в 5-10 лет.
Как вице-президент и директор по исследованиям корпорации Intel, Тенненхауз выступает в двух ролях:
* Пропагандирует перспективные технологии на всех уровнях корпорации, выявляя технологические потребности и возможности и лоббируя в высшем руководстве выделение средств на выполнение соответствующих исследований - силами самой корпорации либо в рамках исследовательских грантов для университетов;
* Является инициатором стратегических исследовательских проектов внутри Intel Research и в рамках Intel Research Network - сети собственных и финансируемых Intel лабораторий, ассоциированных с университетами.
Программы исследований подразделений Intel Architecture Group и Intel Technology and Manufacturing Group жестко определены на ближайшие восемь лет и на несколько поколений процессоров и технологий вперед. Тенненхауз, напротив, больше занимается исследованиями на уровне 10-нанометровой проектной нормы и вкладывает средства в будущее в рамках двух с половиной сотен исследовательских грантов, выделяемых Intel университетам. Тем самым Intel получает гарантии того, что у корпорации будет выбор путей развития и необходимые для этого кадры и через 10 лет.
Аналогичным образом обстоит дело и с технологиями. Выявив направление, в которое Intel следует более активно вкладывать средства, Intel Research ведет его до тех пор, пока оно не найдет себе места в одном из производственных подразделений корпорации. В качестве примера можно привести концепцию программной реализации радиотехнологий, получившую название Radio Free Intel. Тенненхауз и его сотрудники осознали, что рано или поздно корпорации Intel понадобится квалификация в области радиотехнологий, которыми в то время не занималась ни одна из лабораторий Intel. В Intel Research были начаты три стратегических исследовательских проекта, которые помогли накопить опыт в области радиотехнологий. Полтора года спустя руководство пришло к выводу, что корпорации необходимо подразделение, занимающееся радиотехнологиями, и Intel Research передала эти проекты и ресурсы в мгновенно развернутую полноценную лабораторию радиотехнологий.
Intel Research отвечает в первую очередь за организацию и контроль перспективных стратегических исследований в рамках грантов университетам и компаниям отрасли, выделяемых советом Intel Research, - в том числе за долгосрочные перспективные исследования на ключевых для корпорации направлениях. Однако наибольшее внимание Intel Research уделяет "немагистральным" исследованиям, цель которых - выявление новых направлений, которыми корпорация Intel в настоящее время не занимается. Для этого Intel Research финансирует собственные стратегические исследовательские проекты, рассчитанные на срок от трех до пяти лет, а также "мини-лаборатории" Intel, занимающиеся проектами со сроком достижения результатов в пять-семь лет.
Intel Research Network: модель мини-лабораторий
В начале 2001 года корпорация Intel начала организацию новой сети Intel Research Network (IRN) - полностью принадлежащих корпорации и финансируемых ею университетских лабораторий. Эти лаборатории занимаются проблемами будущего, когда нас будут окружать миллиарды крошечных, недорогих, взаимодействующих между собой вычислительных устройств, датчиков и исполнительных механизмов, предугадывающих наши потребности и действующих в наших интересах.
Все эти мини-лаборатории Intel располагаются поблизости от университетов. Каждая насчитывает до 20 научных сотрудников и столько же студентов, аспирантов, преподавателей университета и приглашенных исследователей. Такая структура лаборатории должна способствовать долгосрочному открытому сотрудничеству между промышленностью и академическими исследователями - в данном случае между корпорацией Intel и университетами-партнерами. Такое сотрудничество позволяет Intel получить доступ к новым идеям и технологиям, а также высококвалифицированным исследователям. Однако эта концепция, кроме того, решает и более альтруистическую задачу - создает обратный поток знаний в экосистему академической науки, позволяя университетским исследователям осуществлять проекты таких масштабов, о которых раньше можно было только мечтать.
Построение модели
Для организации мини-лабораторий корпорация Intel выбрала из числа своих нынешних партнеров четыре университета: Калифорнийский университет в Беркли, университет штата Вашингтон, университет Карнеги-Меллона и Кембриджский университет, - имеющие высокую репутацию в академических кругах и длительный опыт сотрудничества с корпорацией. В каждой лаборатории место директора занимает опытный преподаватель университета, временно перешедший на работу в Intel. Именно он в значительной степени определяет направление исследований лаборатории. Во избежание застоя в исследовательской программе директора лабораторий меняются каждые два-три года. Задача содиректора лаборатории, назначаемого Intel Research, - обеспечивать долгосрочную стабильность лаборатории и поддерживать активный многосторонний обмен информацией между лабораторией, Intel Research и различными подразделениями корпорации. Лаборатории должны иметь доступ к технологиям и маркетинговым планам корпорации Intel, а достижения исследователей должны поступать к разработчикам и производственным подразделениям Intel.
Университетская сторона предоставляет движущий импульс, способный "оживить" промышленность. В свою очередь, промышленность обеспечивает стабильность, внимание общественности и возможность по мере необходимости подключать новые производственные и проектные ресурсы.
Новизна подхода IRN, однако, заключается в открытости процесса сотрудничества. Корпорация Intel и университеты-партнеры исследуют самые фантастические технологии и широко распространяют свои разработки в научном сообществе - большей частью в полностью открытом виде. Например, университет Беркли и Intel Research Berkeley бесплатно предоставляют всем желающим разработанные в рамках своих исследований спецификации аппаратных средств, даже несмотря на то, что они были разработаны в рамках контракта с коммерческой компанией - производителем инерционных датчиков Crossbow Technologies. Еще удивительнее то, что их примеру последовала и сама Crossbow Technologies, открывшая для всеобщего доступа свои расширения разработанной в Беркли архитектуры.
Университет Беркли имеет многолетний опыт разработки открытых систем - начиная с BSD Unix, Spice, RISC и RAID. Дэвид Каллер, профессор компьютерных наук университета Беркли и директор IRB, отмечает в этой связи: "Мы, в особенности факультет электроники и компьютерной техники, давно гордимся многомиллиардной индустрией - рабочими станциями, персональными компьютерами, корпоративными системами - которая в значительно большей степени обязана нашим исследовательским идеям, чем каким-либо отдельным компаниям. Выдвижение важных для широкого сообщества идей уже стало традицией нашего факультета".
Действительно, традиции факультета электроники и компьютерной техники университета Беркли легли в основу недавних исследований Стротера Мура из Техасского университета и бывшего декана Беркли Дейва Ходжеса, в которых было опровергнуто распространенное мнение, что интеллектуальная собственность в области компьютерных технологий является существенным источником средств для университетов. В действительности, как показали это исследования, большинство лицензионных доходов университетов связано с небольшим количеством отдельных патентов в области биотехнологии, сельского хозяйства и медицины.
Как делить пирог. Давние традиции открытых разработок университета Беркли позволили корпорации Intel и университету - при активном участии директората трех лабораторий - выработать и подписать Соглашение об открытых совместных исследованиях (OCR), к которому впоследствии присоединились университет штата Вашингтон и Университет Карнеги-Меллона. Действующее соглашение об интеллектуальной собственности основывается на четырех принципах:
* стороны должны сотрудничать (а не просто перекладывать деньги из одного кармана в другой),
* ни одна сторона не имеет исключительного права на интеллектуальную собственность, созданную в процессе совместной работы,
* во многих случаях совместных разработок созданная интеллектуальная собственность не должна патентоваться,
* стороны должны извлекать выгоду для себя не из самой совместной разработки, а из ее последующего применения - например, в рамках внутренних научно-конструкторских программ.
Соглашение об открытых совместных исследованиях определяет, какие исследования должны быть открытыми, указывает, какие специалисты должны в них участвовать, четко формулирует и фиксирует права обеих сторон на интеллектуальную собственность, - хотя в большинстве случаев неисключительные права доступа к ней получают как оба участника соглашения, так и третьи стороны.
В приложении к соглашению конкретизируется распределение между сторонами доходов и лицензионных поступлений от изобретений, созданных в результате совместной работы. Там же четко формулируются условия, при которых изобретение считается собственностью корпорации Intel, университета или обеих сторон. Дополнение также дает университету право на взимание лицензионных платежей за изобретения, основанные главным образом на работах его сотрудников. При этом такие платежи должны быть разумными и недискриминационными; кроме того, возможны ситуации, когда корпорации Intel в качестве лицензионных платежей зачитываются средства, предоставленные для реализации проекта.
Дополнение может также накладывать ограничения на направления исследований. Например, если корпорация Intel ведет с каким-либо университетом проект по сенсорным сетям, она может не иметь доступа к исследованиям университета в других областях - например, биотехнологии. Таким образом, любой совместный проект Intel и университета имеет в своей основе документальный проект работ.
Этот проект четко определяет рамки исследований и информацию открытого характера, используемую и публикуемую в ходе проекта. В документе также указывается, какая информация является неэксклюзивной и свободной от лицензионных платежей, как для самих участников проекта, так и для третьих сторон.
Выигрывают все. Что дает такой подход самой корпорации Intel? Корпорация получает возможность конкурировать с другими участниками рынка в последующей реализации результатов исследований. Вместо того чтобы хранить в тайне исходные идеи, Intel соглашается открыть их для всеобщего доступа, стимулируя тем самым развитие отрасли. При этом Intel рассчитывает удерживать свои преимущества перед конкурентами за счет более раннего доступа своих специалистов к ключевой информации, более глубокого понимания технологии и хороших связей с лабораториями, в которых зарождаются эти идеи.
Есть у такого подхода и оборотная сторона. Директор IRB Каллер говорит: "Представьте себе, что Вы создаете мощную отраслевую исследовательскую организацию - такую как Xerox PARC или Bell Labs. Сегодня погоду делают не отдельные устройства, изобретенные одним человеком в лаборатории - транзисторы, оперативная память и т.п. Сегодня речь все чаще идет о крупномасштабных системах, в которых соединяются разнородные технологии, часто привнесенные из промышленности. Исследовать такие системы на уровне академической науки практически невозможно из-за ограниченности ресурсов. В то же время такое исследование невозможно и силами самой отрасли, поскольку требует долгосрочных инвестиций и не имеет четко определенной отдачи в виде конкретной продукции".
IRN соединяет эти два подхода в рамках модели открытого взаимовыгодного сотрудничества, позволяющей мини-лабораториям разрабатывать сценарии повсеместного применения вычислительных технологий на разных уровнях абстракции.
Intel Research в Беркли
IRB стала для директора лаборатории Дэвида Каллера и содиректора Ханса Малдера идеальным полигоном для разработки и развития модели мини-лабораторий и проблем интеллектуальной собственности. По словам Каллера, главная трудность состояла в том, чтобы за год создать с нуля исследовательскую лабораторию мирового класса. Поскольку работы Криса Пистера по "интеллектуальным пылинкам" и последующие прототипы уже заложили в Беркли фундамент исследований в области сенсорных сетей, Каллер решил начать работу IRB на готовом основании, вложив ресурсы Intel в работы над крошечными беспроводными встраиваемыми платформами с минимальным энергопотреблением.
Такие исследования затрагивают множество дисциплин - архитектуру, операционные системы, базы данных, сети, языки программирования, взаимодействие человека с машиной. При этом разработки IRB применимы не только к миниатюрным вычислительным устройствам, но и к большим системам, построенным из таких устройств, и, в конечном счете, к службам всемирного масштаба - примером может служить ведущийся IRB проект PlanetLab. Таким образом, нынешний проект укрепляет ориентацию IRB на экстремальные системы - как малые, так и гигантские.
Микрокомпьютеры. Первые работы Пистера в области "интеллектуальных пылинок" были направлены на создание "философского камня" технологии встроенных вычислительных систем - полупроводникового устройства объемом в один кубический миллиметр, наделенного вычислительными, коммуникационными и измерительными функциями и автономным энергоснабжением4. Уже вскоре его группа построила первый в Беркли микрокомпьютер размером менее 4 см, продемонстрировав, что можно сделать из готовых серийных компонентов.
Дальнейшее совершенствование микрокомпьютеров в Беркли привело к созданию платформы Mica. Используемый в Mica 8-разрядный микроконтроллер Atmel Atmega имеет тактовую частоту 4 МГц и вычислительную производительность 4 MIPS. Его дополняют 128 кбайт флэш-памяти для программ, 4 кбайт синхронной памяти, встроенный 8-канальный 10-разрядный цифроаналоговый преобразователь, 48 линий ввода/вывода, внешний универсальный асинхронный приемопередатчик и один последовательный порт для подключения периферийных устройств. К микрокомпьютеру выпускается достаточно большой спектр датчиков, включая световые и температурные, двумерные акселерометры и магнитометры, микрофон и звуковой сигнализатор. Возможно подключение и других датчиков.
Хотя Пистер рассматривал свой первый прототип как чисто техническую демонстрацию, Каллер отнесся к ней очень серьезно. Он решил пойти дальше и заняться изучением структуры операционных систем, которые могли бы масштабироваться в соответствии с законом Мура. Результатом этой работы стало создание в Беркли операционной системы TinyOS - многопоточной событийно-ориентированной ОС, разработанной специально для создания новых интерфейсов в сегменте встраиваемых систем. Модульная структура TinyOS позволяет разработчику заменить любую ее часть - например, стек сетевых протоколов или даже планировщик задач - своей собственной программой.
Примечательно, что группа из Беркли передала первоначальный проект микрокомпьютера компании Crossbow. В свою очередь, Crossbow за относительно небольшую цену изготовила для группы из Беркли первые несколько сотен микрокомпьютеров. В результате, фактически получив в свое распоряжение аппаратную платформу, операционную систему, производителя аппаратуры и дистрибутора, исследовательское сообщество смогло приступить к созданию крупномасштабных сенсорных сетей, разработке уровней сетевого взаимодействия и экспериментам с концепциями и приложениями системного уровня.
Сегодня эксперименты с платформой ведут более сотни исследовательских групп - в том числе и из коммерческих компаний, например Honeywell и Siemens. Собственные стратегические исследовательские проекты, связанные с аппаратными и программными аспектами проектирования сенсорных сетей, ведет и Intel Research.
Сенсорные сети. В рамках одного из своих проектов IRB совместно с Атлантическим колледжем использует микрокомпьютеры, оснащенные миниатюрными метеостанциями, для изучения гнездовых повадок буревестников, ежегодно гнездящихся в норах на острове Грейт Дак в штате Мэн. Специалисты IRB оборудовали более четырех десятков микрокомпьютеров датчиками освещенности, температуры, влажности и атмосферного давления. Экологи разместили эти микрокомпьютеры на поверхности земли и в норах буревестников и создали сеть передачи данных, по которой полученные данные передаются на базовую станцию и затем через спутник в колледж.
Помимо возможности изучить проблемы развертывания реальных систем в реальных условиях, такие сенсорные сети открывают принципиально новые перспективы перед исследователями природы, позволяя контролировать природные системы без вмешательства в их жизнь. Не менее существенные возможности открываются и в области экологии и строительства.
В рамках этого же проекта IRB в сотрудничестве со специалистами Беркли разработала СУБД TinyDB, задача которой - облегчить обработку в реальном времени огромных объемов данных, полученных такими сетями. По словам Каллера, в сенсорных сетях имеется глубокая связь между обработкой запросов в сети и зависящей от информационного наполнения маршрутизацией. В нашем случае, например, нас не интересует узел 37, соответствующий необитаемой норе, - а это приводит к интересным взаимосвязям в работе базы данных и сети.
PlanetLab. Пример с другого полюса - возможное слияние глобального Интернета и глобальной сети, содержащей множество крошечных сенсоров. Запущенный недавно второй крупный исследовательский проект IRB под названием PlanetLab задуман как полигон для изучения возникающего сегодня нового Интернета, привлекающего внимание исследователей всего мира. Этот новый Интернет, основанный на таких технологиях, как распространение информационного наполнения, одноранговые сети для обмена файлами и сетевое хранение данных, - начинает размывать грань между пересылкой пакетов и обработкой информации.
Хотя в создании Web-сервисов нового поколения, не ограничивающихся трансляцией имен и маршрутизацией, заинтересовано множество исследователей, им не хватает полигона для проверки своих идей. Для решения этой проблемы IRB начала строительство сети, предназначенной для внедрения и тестирования новых моделей сервисов, которые могли бы стать частью нового Интернета в планетарном масштабе.
Создаваемая сеть состоит из полностью программируемых узлов, которые будут моделировать различные каналы подключения и охватывать значительную территорию. К сети будет подключено множество клиентских систем. Проект PlanetLab задуман и как полигон для экспериментальных исследований, обладающий реалистическим сетевым поведением, и как эксплуатационная платформа, способная обслуживать пользователей завоевавших популярность новых сервисов.
IRB планирует создать первоначальные мощности и базовую инфраструктуру, которые стимулировали бы создание новых Web-сервисов. Проект частично основывается на принципе планового устаревания: в рамках PlanetLab предполагается создать или спроектировать лишь первоначальный набор программных компонентов - монитор виртуальной машины (VMM), работающий на каждом узле и предоставляющий управляемый интерфейс, для которого разрабатываются сервисы, и управляющий сервис, служащий для управления сетью в целом. Однако в IRB надеются, что многие компоненты этой системы будут впоследствии заменены другими, созданными уже участниками самого сообщества.
Если говорить об экспериментальном полигоне, то исследователям для работы недостаточно одного узла с сервисами. Чтобы развернуть новый сервис и испытать его в действии, нужна большая выборка данных по тысячам узлов за несколько месяцев работы. Таким образом, сеть должна обладать способностью к самоорганизации и распределенной виртуализации. При этом VMM, работающие на узлах, должны планировать и распределять вычислительные и сетевые ресурсы для одновременной поддержки различных сервисов. Для реализации этих возможностей необходима глубокая перестройка структуры базовой операционной системы, работающей поверх нее сетевой структуры и всех аспектов систем безопасности и защиты частной информации.
Работа над проектом PlanetLab началась в марте 2002 г, а в июле в полутора десятках американских университетов были установлены первые узлы сети. Сегодня таких узлов во всем мире насчитывается более 100. Создатели сети надеются, что по достижении рубежа в 1000 узлов сеть превратится в финансово самостоятельный консорциум, включающий в том числе и отраслевых исследователей.
В целом этот проект наглядно иллюстрирует характер исследований, которыми должны заниматься и занимаются IRB и PlanetLab. Никакой отдельно взятый университет отдельно взятой страны не взялся бы за построение и поддержку инфраструктуры планетарного масштаба, говорит Каллер, и ни одна разумная отраслевая компания не отважилась бы единолично вложить средства в такой проект. Этот проект также демонстрирует потенциальную мощь и синергетические возможности модели мини-лабораторий, поскольку требует значительного вклада исследователей Intel Research Network.
Intel Research в Питтсбурге
Директор мини-лаборатории Intel Research Pittsburgh Махадев (Сатья) Сатьянараянан направляет усилия своего коллектива на создание решений для хранения данных в распределенных средах. Такого рода проекты ориентированы на сильно распределенные системы хранения данных для будущих мобильных приложений и систем повсеместных вычислений. Такие системы могут применяться в широком спектре приложений - от нательных устройств до серверных комплексов, от гигабитных локальных сетей до килобитных беспроводных каналов, от ответственных СУБД до развлекательных приложений. Сатьянараянан надеется, что работа по интеграции новых и существующих аппаратных технологий хранения данных с новыми программными системами более высокого уровня породят новые направления в области хранения данных и совершенствования стандартных систем хранения.
Главное направление исследований - модели хранения данных на основе Интернета. В таких моделях файлы и базы данных хранятся и поддерживаются в Интернете и легко доступны из любой точки мира. IRP занимается решением программных проблем этого подхода, получившего название глобального повсеместного хранения данных. Среди таких проблем - доступ к большим объемам данных с мобильных устройств с ограниченным временем автономной работы, а также охрана частной информации пользователей и контроль над данными, хранящимися в киберпространстве.
IrisNet. Вездесущие Web-камеры накапливают колоссальное количество потенциально полезной информации. Однако эффективных инструментов для извлечения таких данных нет. Проект Internet-Scale Resource-Intensive Sensor Network (IrisNet) направлен на создание масштабируемой программной инфраструктуры, которая позволит пользователям Интернета запрашивать информацию с множества разнообразных датчиков, в частности Web-камер и микрофонов.
Сеть IrisNet упростит развертывание сенсорных сетей, обрабатывающих как данные реального времени, так и архивную информацию от любого количества сенсоров. Подключенные к локальным компьютерам сенсоры позволят выполнять такие ресурсоемкие операции, как распознавание образов или речи. Если проект лаборатории в Беркли предусматривает создание "интеллектуальных пылинок", то деятельность IRP направлена на использование для обработки данных мощных процессоров и создание "мыслящих скал".
Internet Suspend/Resume. Проект Internet Suspend/Resume (ISR) развивает идею, впервые реализованную в мобильных компьютерах: при приостановке работы мобильный ПК может сохранить информацию обо всех работающих приложениях, а при последующем включении возобновить работу всех приложений в той конфигурации, в которой они находились при выключении.
В проекте ISR предпринимается попытка реализовать ту же идею безотносительно к какому-либо физическому компьютеру, чтобы пользователь, закончивший работу на одной подключенной к глобальной сети рабочей станции, мог возобновить ее с того же места на другой рабочей станции в той же рабочей среде. Специалисты IRP намерены сделать свое решение независимым от операционной системы за счет использования технологии виртуальных машин и распределенных файловых систем.
Близко связанный с ISR проект "продвижения данных" - data staging - направлен на повышение эффективности интерактивных приложений, работающих на небольших системах с ограниченными возможностями хранения данных. Система продвижения данных заранее запрашивает необходимые данные с удаленных файловых серверов и сохраняет их на близлежащих вспомогательных компьютерах. Запросы клиентских компьютеров перенаправляются на эти вспомогательные машины, что позволяет снизить время доступа. Мощные средства сквозного шифрования, гарантирующие целостность и конфиденциальность данных, позволяют использовать в качестве вспомогательных машин незащищенные компьютеры, например общедоступные Web-серверы.
"Диски с функцией поиска". Цель проекта "дисков с функцией поиска" (Disk-Assisted Search) - сделать возможным быстрый интерактивный поиск в огромных массивах - в несколько терабайт и более - неиндексированной, слабо структурированной информации, такой как изображения, видео, рентгеновские снимки, данные компьютерной томографии и т.п. Такая информация, как правило, разбросана по разным частям организации и хранится на дисках, которые могут быть подключены к сети как непосредственно, так и через хост-компьютеры.
Главная проблема, стоящая перед пользователями таких данных, - поиск "иголки в стоге сена", другими словами - нахождение не всегда четко определенной и срочно необходимой информации, которая может в этом массиве присутствовать, а может и отсутствовать. Организовать и распараллелить такой поиск можно с помощью средств обработки данных, встроенных непосредственно в дисковые накопители. Такие "активные диски" должны быть способны исполнять поисковые мини-приложения, активированные основной поисковой программой.
Intel Research в Сиэтле
Директор лаборатории в Сиэтле и профессор компьютерных наук университета штата Вашингтон Гаэтано Борриелло формулирует задачу своего коллектива так: сделать технологии повсеместных вычислений привлекательными для рядовых пользователей, не желающих заниматься интеграцией новых и новых устройств со своими системами. К несчастью для таких пользователей, уже сегодня определенным уровнем "интеллекта" обладает практически любое устройство начиная с определенной ценовой категории - а в ближайшее время им будут обладать практически все устройства практически всех ценовых категорий.
Чтобы преодолеть неприязнь, которую пользователи испытывают даже к простейшим операциям программирования и настройки, новые устройства должны автоматически интегрироваться в пользовательскую среду. Без такой интеграции пользователи, которых пугает настройка даже домашней аудиовидеосистемы, не справятся с множеством значительно более сложных устройств будущего.
Лаборатория в Сиэтле ведет исследования по трем основным направлениям, которые, как надеются ее сотрудники, помогут поднять популярность встраиваемых вычислительных устройств:
* ассоциации устройств,
* системы "с нулевой настройкой" (Zero),
* системы упреждающего реагирования.
Чтобы лучше понять планы и технологии работы лаборатории в Сиэтле, рассмотрим примеры проектов по каждому из этих направлений.
Ассоциация устройств. Для примера рассмотрим телефон с поддержкой Bluetooth, настроенный на совместную работу с системой громкоговорящей связи в Вашем автомобиле. Теперь представьте себе, что Вы отправились в другой город и взяли напрокат другой автомобиль. Когда Вы едете по шоссе, раздается звонок, и Вы лихорадочно ищете на телефонном аппарате кнопку приема вызова вместо привычной кнопки на приборной панели.
В идеале оба устройства должны иметь механизмы обнаружения, автоматически распознающие и определяющие полномочия друг друга, возможно, с помощью датчиков, определяющих, что устройства движутся в одном направлении и претерпевают одинаковые внешние воздействия, - и значит, находятся в одном автомобиле, а не в соседних машинах, движущихся по соседним полосам в пределах радиуса связи.
Как видно из этого примера, в идеале "вездесущие" встроенные вычислительные устройства должны взаимодействовать со своими ближайшими соседями, определяя, какие соединения можно установить. Встроенные датчики могут помочь решению этой задачи, определяя условия, в которых находится каждое устройство.
При установлении связей между устройствами можно использовать и технологии определения местоположения с помощью систем спутникового местоопределения (GPS), радиочастотных идентификационных меток или радиомаяков. Однако возможности применения и точность таких технологий ограниченны. При использовании GPS, например, может потребоваться увеличенная или даже вторая антенна для приема дифференциальных сигналов; кроме того, GPS зачастую не работает внутри помещений. Для повышения точности и расширения зоны применимости можно применять гибридное местоопределение, когда для определения положения объекта используется несколько технологий одновременно, а также адаптивное местоопределение, когда точное положение определяется по сигналам от множества датчиков, обменивающихся информацией между собой.
Перед исследователями стоит задача построения системы, которая объединяла бы многочисленные технологии определения местоположения и измерения физических параметров и предоставляла разработчикам единый интерфейс программирования приложений, не связанный с "нижележащими" технологиями. При наличии такой системы разработчики могли бы сосредоточить внимание на том, что их действительно интересует - координатах объектов.
Сегодня в Сиэтле разрабатывается "стек местоопределения" - ПО промежуточного уровня, объединяющее различные технологии