HP Labs отмечают 40-летие

ЮБИЛЕИ

Ведущие современные высокотехнологичные компании начинали исследования, как правило, даже раньше, чем успевали оформиться как фирма. Эту деятельность им приходится продолжать и в дальнейшем, ведь иначе легко потерять темп и отстать от прогресса. C развитием компании растет и масштаб задач, встающих перед нею, и соответственно реорганизуется исследовательская работа, с одной стороны, охватывая все более широкие области, а с другой - оставаясь нацеленной на решение прикладных задач, обещающих быструю прибыль.

Главные коммерческие исследовательские центры компаний IBM, Bell, Xerox, Intel оказали значительное влияние на развитие вычислительной техники. В этом году исполняется 40 лет еще одному исследовательскому центру - лабораториям HP Labs, на счету которого несколько ярких открытий, прочно вошедших в нашу жизнь.

Хотя формально HP Labs были организованы в 1966 г., исследовательская и конструкторская деятельность в HP началась значительно раньше, еще до знаменитого гаража, с которого ведет свою историю Кремниевая долина.

Настольный электронный калькулятор HP 9100

Первое серийно выпускаемое компанией HP изделие - прецизионный звуковой генератор HP 200B, увидевший свет в 1938 г., - воплощало в себе несколько новаторских решений; генератор не являлся уникальным техническим изделием на рынке, но был существенно дешевле предлагавшихся моделей. Идеи, заложенные в устройство, оказались настолько удачными, что приборы этой серии выпускались на протяжении почти полувека.

Компания продолжает разрабатывать новые электронные приборы - появляются высокоскоростной счетчик импульсов и первый осциллоскоп. К 1957 г. номенклатура выпускаемых изделий превысила 300 наименований, свыше 90 инженеров трудились над их совершенствованием. Настало время организации их в более производительные группы и централизации всей исследовательской работы. Были созданы четыре специализированные группы перспективного развития, каждая из которых сосредотачивалась на семействе родственных изделий - счетчиках частот, микроволновом оборудовании, аудио- и видеоаппаратуре. Руководители групп подчинялись доктору Бернарду Оливеру*1, с которым отцы-основатели компании Вильям Хьюлетт и Дэвид Паккард были знакомы еще по учебе в Стэнфордском университете. Его не без труда "перетащили" из Bell Labs, где он занимался конструированием приемников микроволнового излучения, в HP, предложив пост вице-президента компании по научно-исследовательской деятельности. Это инженерное ядро и стало через десять лет той основой, из которой выкристаллизовались HP Labs.

_____

*1 Бернард Оливер (Bernard Oliver, 1916-1995) - один из пионеров поиска внеземных цивилизаций, стоял у истоков программы SETI. В ней участвовали и другие сотрудники HP, в том числе председатель совета директоров и президент HP Льюис Платт. Программе SETI оказывали финансовую поддержку Вильям Хьюлетт, Дэвид Паккард, Гордон Мур и Пол Аллен.

Выпустив в 1957 г. акции, HP становится публичной компанией, и ее рост значительно ускоряется. Она начинает осваивать новые рынки и приобретать целые фирмы и отдельные группы специалистов. В штате Колорадо открывается новое производство. При нем возникает собственное научно-техническое подразделение. Приобретения перспективных фирм зачастую влекут за собой образование небольших исследовательских групп вне штаб-квартиры в Пало-Альто. Набирает силу процесс децентрализации исследований в HP. С другой стороны, в группах перспективного развития инженеры заняты не только разработками, они участвуют в ежедневной текучке, что не способствует быстрому выводу новинок на рынок.

Гибкая электроника будущего

В 1966 г. было принято решение о создании единого подразделения, которое должно заниматься долгосрочными исследованиями, не участвуя в текущей конструкторской работе. "Лаборатория должна стать тем местом, где люди с идеями смогут реализовать их", - говорил Билл Хьюлетт. Позднее он вспоминал: "Как и в любой другой хорошей лаборатории, интересных идей было больше, чем можно претворить в жизнь, но так и должно быть". Директором HP Labs становится Бернард Оливер, занимавший этот пост до самого выхода на пенсию в 1981 г.

Здесь необходимо оглянуться на общую ситуацию с научными исследованиями в Америке. После второй мировой войны в США организации, занимающиеся научной и научно-исследовательской деятельностью по самому широкому кругу направлений, начали возникать в массовом порядке; типичный пример - корпорация RAND (www.rand.org; название вначале расшифровывалось как Research and Development, а позднее - Research and no Development). Запуск в 1957 г. первого советского спутника подхлестнул этот процесс, а полет первого космонавта довел его до апогея - особенно в военно-космической сфере. Изучалось все и вся. Естественно, не остались в стороне от этого процесса и ведущие корпорации Америки, которые завели собственные "фабрики мысли", выполнявшие исследования в интересах бизнеса.

В HP Labs были выделены четыре основных направления деятельности - физика твердого тела, физическая электроника, электроника и электронные приборы для медицины и химии. В год образования HP Labs появились сразу две выдающиеся разработки - компьютер HP 2116A и коммерчески обоснованные светодиоды на GaAsP.

В первое время HP была приборостроительной, а не компьютерной компанией. В начале 60-х годов для ее руководителей стало ясно, что компьютеры способны повысить точность измерений в десятки раз, а также преобразовывать "сырые" данные в гораздо более полезный продукт. Тогда же активизировались поиски компании, чью продукцию можно было бы использовать в качестве интеллектуального придатка приборов, и собственные изыскания. В результате была приобретена небольшая фирма, входящая в состав Union Carbide. Совместно с ее пятью сотрудниками инженеры HP создали 16-разрядную мини-ЭВМ HP 2116A. Разработка архитектуры и проектирование заняли всего год, в поставку машины входил полный комплект ПО, в том числе компилятор с Fortran’а и ассемблер, использовавшиеся для программирования. При изготовлении HP 2116A применялись интегральные микросхемы, она была весьма компактна по сравнению с выпускавшимися в то время ЭВМ.

Поскольку 2116A задумывалась как вычислительное устройство, автоматизирующее работу приборов, в шасси было предусмотрено 16 гнезд расширения, в которые помещались измерительные приборы HP. Машина была способна функционировать в сложных условиях: при температуре до 55°С и относительной влажности до 95%. Стандартно 2116A комплектовалась 4К словами памяти, которую можно было расширить до 8К слов, а при добавке расширяющего устройства - до 16К слов.

Внутри HP 2116A

Вскоре было обнаружено, что эти машины (стоимостью 22 тыс. долл.) лучше продавались по отдельности, а не в составе автоматизированных измерительных систем. Тем не менее заявлять о себе как о компании, производящей компьютеры, HP не спешила.

Это еще более удивительно, если принять во внимание, что уже в начале 70-х в HP в рамках проекта "Омега" разрабатывался первый 32-разрядный компьютер. Но после многочисленных споров проект был прекращен. Он требовал больших финансовых вложений, и при его реализации HP вступала в прямую конкуренцию с IBM, к чему она тогда не была готова. После сокращения финансирования "Омега" была преобразована в проект создания более простого, 16-разрядного компьютера "Альфа", из которого затем вырос первый компьютер HP общецелевого назначения - HP 3000.

Другая ветвь вычислительных средств, принесших всемирную известность HP, берет свое начало с визита в HP Labs молодого инженера Тома Осборна, работавшего в компании по производству механических арифмометров. Он показал руководителям лаборатории модель электронного калькулятора размером с пишущую машинку. Бригада специалистов HP Labs совместно с Томом спроектировала к 1968 г. промышленный образец программируемого настольного калькулятора - модель HP 9100A. Она имела шестнадцать 64-разрядных регистров и устройство магнитной памяти, рассчитанной на хранение всех регистров и программы объемом в 196 команд. Кроме основных арифметических функций калькулятор вычислял логарифмические, тригонометрические и гиперболические функции, а также обратные им, выполнял преобразование между полярными и прямоугольными координатами, извлекал квадратный корень - словом, делал весь тот набор операций, который позднее стал стандартным для моделей инженерных калькуляторов. Теперь можно было выполнять сложные расчеты, не прибегая к помощи больших ЭВМ, работающих в пакетном режиме. Это было первое "персональное" электронное вычислительное устройство.

Но HP 9100 стал предпоследним шагом к вершине. Последний шаг был связан с переходом к новой электронике. "Мы понимали, что если взять калькулятор 9100A, построенный на дискретных элементах, и изготовить его на интегральных микросхемах, то может получиться устройство, умещающееся в кармане рубашки", - вспоминал Оливер. В 70-е годы интегральные микросхемы, объединяющие в одном корпусе многие компоненты, становились все доступнее, и Хьюлетт буквально вцепился в эту идею. Он дал Оливеру год на создание устройства. На последней стадии проекта Оливер каждые несколько дней поднимался в кабинет Хьюлетта с постепенно уменьшающимся прибором, и когда наконец прототип влез в карман рубашки Хьюлетта, разработку HP 35A сочли завершенной. Калькулятор был представлен в 1972-м, он имел 35 клавиш - именно это число и было положено в название модели. Спустя месяц после выпуска HP 35 Оливер подарил образцы калькулятора нескольким ведущим американским инженерам и лауреатам Нобелевской премии. На конференциях вокруг них собирались толпы желающих посмотреть на забавную новинку. Результат превзошел все ожидания: на начальном этапе спрос на HP 35, а позднее и на его программируемого собрата HP 65 компания удовлетворить не могла.

Прототип калькулятора HP 35

Другое крупное открытие HP Labs, определившее судьбу компании на годы вперед, было сделано случайно в 1978 г. Вот как описывает его Дэвид Паккард в книге "The HP Way": "Один инженер, работавший над технологией создания тонких пленок для применения в интегральных схемах, исследовал реакцию пленки на электрическое возбуждение. Подвод электроэнергии привел к перегреву, и капельки жидкости, находившиеся под пленкой, потекли. Родилась идея. Что произойдет, если мы сможем точно управлять такими струйками жидкости?"

Был развернут проект "Святая Елена", по имени проснувшегося в 1980 г. вулкана, поскольку принцип действия разрабатываемого устройства напоминал извержение вулкана. В 1982-м появился ключевой элемент технологии - печатающая головка. Первый принтер ThinkJet, работающий на новом принципе, был выпущен в 1984 г. Резервуар с чернилами объединили с печатающей головкой. Он печатал с разрешением 96 точек на дюйм и скоростью 150 символов в секунду, но делал это практически бесшумно в отличие от матричных принтеров, доминировавших в те годы на рынке. Было решено, что новые устройства будут совместимы с большинством моделей ПК, которые тогда уже начали свое победное шествие по планете. Но рынок не принял ThinkJet - пользователи требовали более высокого качества печати, возможности работы с любой бумагой и многообразия гарнитур (напомним, было время DOS, и принтеры должны были иметь таблицы символов во внутренней памяти). Инженеры HP предприняли еще одну попытку создать требуемое устройство: стартовал проект Maverick - принтер с разрешением 300 точек на дюйм, способный печатать на обычной бумаге. Но устройство оказалось чересчур дорогим - 1500 долл., в то время как маркетинговые исследования установили предельную планку цены в 1000 долл. Этим условиям отвечал DeskJet, появившийся в 1988 г.

Одновременно с развитием термоструйной печати в HP Labs трудились над лицензированной в середине 70-x годов у компании Canon электрофотографической технологией с целью создания на ее основе высококачественного устройства печати, способного работать как с мини-ЭВМ, так, впоследствии, и с ПК (история разработки наиболее распространенной сейчас серии лазерных принтеров была изложена в PC Week/RE, N 35/2004, с. 60).

HP Labs сегодня

Однако вернемся от принтеров опять к вычислительной технике, но уже к той, которая в настоящее время разрабатывается в стенах HP Labs. В 2002 г. появилось сообщение о проектировании совместными усилиями Калифорнийского университета UCLA (www.ucla.edu) и компании Hewlett-Packard молекулярных коммутаторов и микросхемы памяти на их основе (см. PC Week/RE, N 4/2002, с. 20). С тех пор сообщений было немного, известно лишь, что, как и планировалось, заработало устройство с объемом памяти 16 кбит. Поскольку речь тогда шла не более и не менее чем о переходе к новой эре вычислительной техники, к исследованиям проявили интерес военные ведомства. Организованный при участии федеральных агентств DARPA и Defense MicroElectronics Activity (DMEA) Центр наноисследований в интересах обороны (Center for Nanoscience Innovation for Defense - CNID) также занялся этими работами. Параллельные исследования в данной области ведут и другие компании - недавно о схожих результатах объявила корпорация IBM. В вопросе, когда же появятся первые коммерческие устройства молекулярной памяти, исследователи HP, среди которых и директор HP Labs Ричард Лемпман, на удивление единодушны: осталось подождать пять лет. В настоящее время основной проблемой является устойчивость получаемых устройств.

Молекулярная электроника - не единственное направление работы HP Labs. В тематике лаборатории можно выделить следующие основные направления:

- автоматизация управления крупномасштабной ИТ-инфраструктурой;

- совершенствование технологий печати;

- разработка новых мобильных устройств.

По первому направлению ведется поиск способов обеспечения эффективного использования электроэнергии в центрах обработки данных (ЦОД), включая моделирование потоков воздуха в помещении ЦОД, "интеллектуальное" охлаждение каждого микропроцессора в зависимости от загрузки и т. д. Ученые ожидают, что комплексный подход к проблеме обеспечит снижение потребления электроэнергии ЦОД вдвое.

Группа моделирования и анализа разрабатывает технологии, инструментарий и процессы, позволяющие бизнесу оценить, какая именно ИТ-инфраструктура требуется для обеспечения нормального ведения дел. Ключевым моментом здесь является не просто одноразовое создание модели-снимка бизнес-процессов, а ее сопровождение и модернизация с течением времени с учетом изменяющихся условий и в соответствии с представлениями, заложенными в концепцию адаптивного предприятия. Построенная модель позволяет предсказывать изменения, которые необходимо сделать в ИТ-инфраструктуре в ближайшем будущем, чтобы предупредить критические ситуации.

Ведутся работы по определению единицы "компьютерной энергии", потребляемой конечным пользователем. Эта величина, предварительно называемая "компьютоном" (сomputon), поможет учесть расходование вычислительных ресурсов в концепции Utility Computing (аналогично киловатт-часам в электроэнергетике). Это должен быть комбинированный показатель, учитывающий количество выполненных процессором операций, ширину полосы пропускания канала общения и потребляемый объем постоянной памяти.

Главным направлением работ в области печати является совершенствование технологии жидкостной электрографии, предложенной компанией Indigo, которую HP приобрела в 2002 г. Цель совершенствования та же - сделать сложную и дорогую технологию простой в использовании и доступной широкому кругу пользователей.

Следующее направление - разработка более "умных" мобильных устройств, например цифровой камеры, которая могла бы не только делать снимки, но и переводить надписи на них, если в этом есть необходимость, или благодаря встроенному GPS привязывала бы сделанные снимки к географическим координатам и запоминала маршрут путешествия.

Исследователи из HP Labs работают над одной проблемой, разрешение которой позволит людям, где бы они ни находились, обмениваться видеоконтентом в реальном времени. При этом будет обеспечена безопасность передачи сообщений. Оказывается, это возможно сделать, и прототип установки, позволяющей людям общаться таким образом, демонстрируется в HP Labs. Изображения формируются с помощью видеопроекторов, собеседники, находящиеся в разных местах, видят друг друга в полный размер, при этом создается ощущение, что все участники находятся в одной комнате. В прототипе видеотрафик формируется несколькими видеокамерами и передается по локальной сети. Никаких заметных задержек и пауз нет, и иллюзия присутствия в одном замкнутом пространстве очень точная.

И наконец, в HP Labs в рамках проекта LIFE (Large-area Inexpensive Flexible Electronics) разрабатывается одно из перспективных направлений микроэлектроники - создание схем на гибких пластиковых пленках. Новый процесс позволяет наносить трех-, четырехслойные схемы на гибкую пластиковую подложку подобно тому, как наносится краска на бумагу при печати газет. Скорость движения пленки можно довести до 5 м/мин, а размеры элементов могут достигать, по утверждению исследователей, 40 нм. При этом для печати не требуются дорогостоящие "чистые комнаты". Слабое место новой технологии - утрата функциональности схемой, если радиус кривизны при сгибе будет меньше 2 мм. Это означает, что, например, гибкий дисплей, созданный из электронной пленки, нельзя складывать, чтобы вложить в книгу.

Версия для печати