Исследовательское сообщество (defense_network) wrote,
Исследовательское сообщество
defense_network

Categories:

России нужна своя глобальная сеть

Сегодня Web, как коммуникативная среда, подошел к пределам своего развития. Мир захлебывается в потоках информации, несмотря на растущие затраты на обеспечение кибербезопасности растет уязвимость. Компьютерный прогресс оборачивается опережающим ростом глобальных издержек (не только финансовых, но и социально-экономических), снижением управляемости, при этом устойчивое функционирование и развитие мировой социосистемы в условиях глобальной сильносвязности в существующих технологиях глобальных сетей становится невозможным.

Необходимы новые компьютерно-сетевые архитектуры и решения. Начинать нужно с элементной базы (ЭБ) таких архитектур. Почему-то считается, что самое главное в элементной базе - это недостижимые для нас нанометры: 20-10 нм. Но это уже давно не так. Сегодня главный дефицит – новые архитектуры, особенно, компьютерно-сетевые. Прежняя монополия ЭБ на основе микропроцессорных архитектур себя изжила.

Сказанное выше – это следствие неадекватности микропроцессорных архитектур новейшим глобально сильносвязным задачам. Особенно это относится к технологическим задачам на национальном уровне.


Смена компьютерной парадигмы для инфоцентрической модели развития
Парадигма единого алгоритмического пространства сетецентрического управления предполагает переход к новым компьютерно-сетевым архитектурам и решениям. Начинать нужно с создания отечественной элементной базы (ЭБ) на основе опережающих компьютерно-сетевых архитектур, которая сделает возможным формирование в сколь угодно больших сетях единого, бесшовно программируемого и кибербезопасного алгоритмического пространства сетецентрического управления. В этом пространстве открываются возможности построения с минимальными издержками систем сетецентрического управления, необходимых для своевременной переработки информации в целях эффективного функционирования и устойчивого развития всего разнообразия распределённых систем с большим и сверхбольшим количеством сильносвязных компонентов, составляющих основу глобального экономического пространства.

Сказанное выше о кризисах – это прямое следствие неадекватности микропроцессорных архитектур новейшим требованиям глобально сильносвязных задач [3]. Технологии решения таких задачи в индустриальных масштабах имеют особое значение для опережающего перехода нашей страны к новому технологическому укладу, что является необходимым условием для выхода на лидирующие позиции в сферах высоких технологий.

Почему-то считается, что самое главное в элементной базе – это всё ещё недостижимые для нас нанометры: 30-20-10 нм. Но это уже не так. Сегодня в большем дефиците новые архитектуры, особенно, компьютерно-сетевые, способные стать основой продвижения единого алгоритмического пространства и вывести компьютеростроение из глубокого общесистемного кризиса ныне действующей базовой компьютерной парадигмы.

Глубинная причина этого кризиса лежит в исчерпании системообразующего потенциала микропроцессорных архитектур, реализованных на основе классической компьютерной модели Дж. фон Неймана, которая пока ещё остаётся основным логическим стандартом массового производства компьютеров и программ.
Укажем на главные ограничения классической модели, которые лежат в основе глубинного компьютерного кризиса [4]:

  • последовательное исполнение вычислений в режиме "команда за командой";

  • отсутствие регламентации способов реализации компьютерных архитектур и структурных форм представления данных и программ;

  • свойство универсальной программируемости замкнуто во внутренних ресурсах компьютеров.

Современная компьютерная среда через глобальные сети связывает миллиарды стационарных и мобильных компьютерных устройств различных классов – от средств мобильной связи и ПК до высокопараллельных суперкомпьютеров с существенно многопроцессорными архитектурами. Все эти устройства строятся с применением элементной базы с микропроцессорными архитектурами, в основе которой остаётся классическая модель фон Неймана. Из-за указанных выше ограничений классической модели, сбалансированное развитие компьютерной среды на основе классической модели становится невозможным.
Так, всё более актуальная проблематика высокопараллельных многопроцессорных вычислений с использованием ЭБ в виде однокристальных компьютеров с большим количеством ядер (десятки, сотни и тысячи) требует совершенно новых принципов индустриальной стандартизации многопроцессорных систем и средств их программирования, выходящих далеко за пределы полномочий классической модели.
Неразрешимые в рамках классической модели проблемы возникают и в сферах создания больших и сверхбольших систем распределённой обработки информации сетях с разнородными ресурсами. С увеличением размеров систем и задач здесь возникают технологически непреодолимые в рамках микропроцессорной ЭБ барьеры комбинаторной сложности системной и функциональной интеграции разнородных сетевых ресурсов.
Принципиально непреодолимые препятствия на путях наращивания размеров и масштабов применения компьютерных сред возникают, также, в связи со снижением их кибербезопасности. Опережающий рост общесистемной сложности из-за разнородности сетевых ресурсов ставит неразрешимые задачи перед существующими методами и средствами защиты вычислительных и информационных ресурсов от быстро нарастающих угроз.
Первопричины перечисленных проблем на путях преодоления глубинного компьютерного кризиса и дальнейшего развития глобальной компьютерной среды кроются в классической компьютерной аксиоматике (модели фон Неймана), закреплённой в многомиллиардных тиражах микропроцессорной ЭБ. Для ответа на новейшие вызовы необходимо обновление компьютерных первооснов [4].
Прежняя монополия ЭБ на основе микропроцессорных архитектур себя изжила. Формирование единого, бесшовно программируемого и кибербезопасного алгоритмического пространства сетецентрического управления в сколь угодно больших сетях с минимальными издержками станет возможным с помощью ЭБ в виде однокристального сетевого компьютера с немикропроцессорной архитектурой [3], который обеспечит инициацию нового компьютерного мэйнстрима.
В этом пространстве открываются возможности создания и массового применения технологий "бесшовного" программирования" распределённых вычислений. Это означает "обнуление" комбинаторной сложности и, соответственно, затрат на системную и функциональную интеграцию вычислительных ресурсов при создании распределённых систем обработки информации в сколь угодно больших сетях.
Другого пути для выхода из общекомпьютерного кризиса и общесистемного кризиса мировой социосистемы, скорее всего, не существует. Надо перестать смотреть на прогресс как на растущие количества интересных, но не связанных между собой задач. В сильносвязном мире не остаётся места для изолированных задач. Их надо с самого начала рассматривать как неотъемлемые части нового единого целого. Это, к сожалению, и есть самое трудное для восприятия (складывавшаяся веками методология "точных" наук учит нас выделять, "препарировать", затем пытаться комплексировать до определённых пределов сложности слабосвязные между собой задачи). Но чем дольше мы будем оставаться в плену прежних методов постановки и решения слабосвязных задач, тем больнее будет бить нас изменяющийся в сторону глобальной сильносвязности Мир.
Новым вызовам глобальной сильносвязности задач и подходам к их решению необходим новый инструмент в виде глобальной компьютерной среды с бесшовным программированием в едином алгоритмическом пространстве. Этот подход к глобализации компьютерных функций имеет свою предысторию и аналогию. Так, в начале 1990-х на основе гипертекстовой модели сначала появилось глобальное WWW-пространство, затем в течение двух десятилетий формировалось понимание новых задач глобальной коммуникации и методов их решения. Теперь на смену гипертекстовому информационному пространству в Сети должно сначала прийти более общее – единое алгоритмическое, что откроет возможности массового перехода к постановке и практическому решению всего многообразия глобально сильносвязных задач.

Новая элементная база
Для формирования в сетевых ресурсах единого, бесшовно программируемого и свободно масштабируемого алгоритмического пространства сетецентрического управления с поддержкой на аппаратном уровне возможна реализация отечественной элементной базы СБИС двойного назначения в виде однокристального сетевого компьютера с принципиально новой – немикропроцессорной – архитектурой с аппаратно встроенным системным интеллектом.
Новая элементная база позволяет предельно быстро сформировать в ресурсах глобальных сетей единое алгоритмическое пространство для бесшовного программирования свободно конфигурируемых и масштабируемых систем сетецентрического управления разнообразного назначения.
Важнейшие системные свойства новой "сетецентрической" элементной базы:

  • общесистемная сложность перестаёт зависеть от размера компьютерных сред;

  • свободно масштабируемая аккумуляция совокупных вычислительных ресурсов сетей на решении задач сетецентрического управления;

  • наличие встроенных на аппаратном уровне средств сетевой коммутации и маршрутизации;

  • отпадает необходимость в операционных системах;

  • совместимость с программными наработками существующих компьютерных платформ;

  • высокая надёжность вычислительных и управляющих процессов в ненадёжных компьютерных средах (с недетерминированным вхождением вычислительных узлов);

  • обеспечение кибербезопасности компьютеров на аппаратном уровне (недоступность алгоритмического пространства для внешнего несанкционированного вмешательства);

  • встроенная интеллектуализация системных и прикладных функций работы со структурно-сложной информацией, в том числе реализация глобально распределённой ОЗУ-резидентной СУБД со встроенными функциями семантических сетей.

Переход на отечественную "сетецентрическую" элементную базу позволит кардинально сократить использование сетевого оборудования и сетевых протоколов сторонних производителей, что устранит каналы несанкционированного проникновения через сети и обеспечит существенное повышение уровней защиты от киберугроз, а также закроет алгоритмическое пространство сетецентрического управления от внешней зависимости.

Имеющиеся заделы
Первым шагом к единому алгоритмическому  пространству должно стать появление нового чипа с немикропроцессорной архитектурой. Он станет основой для формирования пространства с указанными свойствами, чего в принципе не могут обеспечить микропроцессорные архитектуры. Такое решение сможет обеспечить и бесшовное программирование сколь угодно больших сетей, и их кибербезопасность.
Новая элементная база позволит предельно быстро и с минимальными издержками сформировать в ресурсах существующих глобальных сетей единое алгоритмическое пространство для бесшовного программирования свободно конфигурируемых и масштабируемых систем сетецентрического управления разнообразного назначения.
Важнейшие системные свойства единого алгоритмического пространства на основе новой элементной базы:

  • общесистемная сложность компьютерных сред перестаёт зависеть от их размера;

  • свободно масштабируемая аккумуляция совокупных вычислительных ресурсов и бесшовное программирование сколь угодно больших сетей;

  • встроенные на аппаратном уровне функции сетевой коммутации и маршрутизации, а также управления распределёнными вычислительными процессами, делают ненужной разработку дополнительных многослойных системных программных средств для расширения операционных систем и поддержки сетевых протоколов);

  • возможность совместного функционирования с программными наработками существующих компьютерных платформ;

  • обеспечение кибербезопасности компьютеров на аппаратном уровне (недоступность алгоритмического пространства для несанкционированного вмешательства извне);

  • обеспечение высокой надёжности вычислительных и управляющих процессов в ненадёжных компьютерных средах (с недетерминированным вхождением вычислительных узлов);

  • аппаратная реализация функций работы со структурно-сложной информацией делает возможной формирование в едином алгоритмическом пространстве глобально распределённой ОЗУ-резидентной СУБД со встроенными функциями семантических сетей.

Применение новой отечественной элементной базы позволит кардинально сократить использование сетевого оборудования и сетевых протоколов сторонних производителей, что устранит каналы несанкционированного проникновения через сети и обеспечит существенное повышение уровней защиты от киберугроз, а также закроет алгоритмическое пространство сетецентрического управления от внешней вредоносной экспансии.

Предложения по новой ЭБ опираются на отечественный опыт разработки, серийного производства и широкого промышленного применения многопроцессорного компьютера ПС-2000 [5], а также на цикл фундаментальных исследований по формированию и обоснованию новой модели глобально распределённых вычислений в едином алгоритмическом пространстве распределённых вычислений. Теоретические и экспериментальные исследования проводятся [6,7] в ИПУ РАН совместно с фирмой ООО «ИДМ» (г. Зеленоград), которая обеспечивает цикл проектирования СБИС. Результаты исследований прошли апробацию на всероссийских конференциях и изложены в десятках научных публикаций. В части применимости к задачам переоснащения ОПК и ВС ключевые положения поддержаны специалистами в области военных наук и технологий.

Сегодня у России для реализации новой элементной базы имеются необходимые предпосылки:

  1. фундаментальные отечественные наработки в части опережающих компьютерно-сетевых архитектур;

  2. отечественные технологии изготовления СБИС 90 и 65 нм;

  3. коммерчески доступные на мировом рынке полупроводниковые технологии проектирования и изготовления СБИС в глубоком нанометровом диапазоне (45 нм и менее).

Своевременный вывод отечественной элементной базы с качественно новыми системообразующими возможностями на рынки создаст условия для опережающей инициации длинной волны сетецентрического интеллекта и цепной реакции лавинообразного формирования нового технологического уклада [8].
Массовое производство этой элементной базы позволит не только открыть свободный доступ к совокупному вычислительному потенциалу глобальных сетей, но и вовлечь в процессы формирования нового уклада практически всё информационно активное население. Это следует из универсальности новой компьютерной аксиоматики и модели распределённых вычислений, которые положены в основу архитектуры новой элементной базы, а также из универсальной применимости единого алгоритмического пространства сетецентрического управления, которое способно охватывать ресурсы любой совокупности компьютеров, связанных сетями, и может бесшовно программироваться для решения любых задач распределённой обработки данных.
В свободе доступа к вычислительным ресурсам и массовой активности субъектов рынка суть новой – инфоцентрической – модели глобализации экономического пространства воплощающей принципы равнодоступности и свободной конкуренции, которую можно рассматривать как альтернативу модели однополярного мира.

Ссылки на источники
Ю.С. Затуливетер,
к.т.н., ведущий научный сотрудник,
Институт проблем управления РАН.
zvt@ipu.rssi.ru
Tags: глобальные сети, сетецентрические системы
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments