Darpa

2017: Инвестирование в разработку невзламываемого компьютера

В декабре 2017 года стало известно о том, что в рамках $50-миллионной программы Управления перспективных исследований и разработок министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) по улучшению кибербезопасности ученые из Мичиганского университета разрабатывают систему безопасности, встраиваемую непосредственно в «железо» и делая его невзламываемым.

В рамках своей программы кибербезопасности DARPA выявила семь классов уязвимостей оборудования, и если их убрать, то большая часть возможностей для хакерских атак будет закрыта. К числу таких уязвимостей относятся разрешения и права доступа, ошибки буфера, управление ресурсами, утечка информации, численные и криптографические ошибки, внедрение кода. DARPA намеревается полностью их устранить в течение 5 лет.

DARPA финансирует разработку невзламываемого компьютера

DARPA выдала 9 грантов по программе Защиты системы, интегрированой в аппаратное обеспечение (System Security Integrated Through Hardware — SSITH), включая $3,6 млн финансирования группе исследователей из Мичиганского Университета для реализации проекта. Чтобы не позволить хакерам совершить взлом, ученые разрабатывают такое аппаратное обеспечение, которое регулярно и в случайном порядке перемещает данные по компьютеру, уничтожая предыдущие версии.

По словам разработчиков, перемещаются не только данные, потенциально представляющие интерес для злоумышленников, но и любая ошибка, которая может быть использована. Таким образом, даже если хакерам удастся добраться до конфиденциальных данных, они снова переместятся еще до того, как ими успеют воспользоваться.

Быстрее и дешевле

Наконец, третье направление «Инициативы по возрождению электроники», нацеленное на поиск инновационных решений в сфере программного и аппаратного дизайна, будет связано с разработкой инструментов для ускоренного проектирования и серийной сборки специализированных микросхем.

В отличие от универсальных схем (схем общего назначения) специализированная микроэлектроника может работать намного быстрее и быть при этом более энергоэффективной.

И на протяжении многих лет DARPA вкладывало значительные средства в поддержку разработки подобных прикладных, или заказных, интегральных схем (ASICs), прежде всего для использования их в военных целях. Однако создание ASICs, как правило, очень дорогостоящий и времязатратный процесс.

Разработка новых инструментов автоматизации процесса сборки микросхем (chipmaking) и нестандартных проектных решений, призванных обеспечить существенную экономию времени и ресурсов при создании новых специализированных ИС, и являются основным фокусом проектов, проходящих по линии двух подпрограмм этого блока: IDEA и POSH.

 В отличие от универсальных схем (схем общего назначения) специализированная микроэлектроника может работать намного быстрее и быть при этом более энергоэффективной

К разработке новых решений по подпрограммам IDEA и POSH привлечены команды специалистов Университета Калифорнии в Сан-Диего, Northrop Grumman Mission Systems, Национальной лаборатории Sandia, компаний Cadence Design Systems, Xilinx и Synopsys, а также исследовательские коллективы из Университетов Южной Калифорнии и Принстона.

ПодпрограммаIDEA ориентирована на разработку полностью автоматизированных генераторов микросхем, базирующихся на использовании при проектировании алгоритмов машинного обучения (в идеале она должна дать возможность разрабатывать физический дизайн электронного оборудования в течение 24 часов), и обеспечить в будущем широкий набор открытых и коммерческих средств для ускоренной автоматизации тестирования этих блоков и интеграции их в состав SoC (однокристальных систем) и печатных плат. Кроме того, она призвана стать дополнением к ранее запущенной программе DARPA — CRAFT (Circuit Realization at Faster Timescales), ориентированной на разработку высокопроизводительных ИС (в рамках программы CRAFT совместно с Калифорнийским университетом в Беркли реализуется масштабный проект создания специализированного проектного решения Chisel).

Наконец, вторая подпрограмма POSH нацелена на создание общедоступной библиотеки физических блоков, базирующейся на применении концепции Open Source (открытых исходных кодов) при проектировании аппаратных компонентов.

Программный менеджер IDEA и POSH Андреас Олофссон

darpa.mil

По словам программного менеджера IDEA и POSH Андреаса Олофссона, «при помощи POSH мы рассчитываем избавиться от необходимости каждый раз начинать с нуля, запуская очередной проект разработки специализированных чипов». И, опять-таки в идеале, возможный прогресс по этим двум подпрограммам должен обеспечить в скором будущем эффективное проектирование ИС для «селективного» (мелкосерийного) производства. Причем, по расчетам идеологов этих подпроектов, реальные коммерческие результаты могут быть достигнуты уже к 2022 году.

И, что показательно, пресловутый магический эффект, на протяжении нескольких десятилетий сопутствовавший множеству смелых инвестиционных начинаний DAPRA, продолжает и сегодня оказывать заметное влияние на долгосрочные прогнозы маститых аналитиков.

По крайней мере, авторы большинства публикаций в ведущих американских СМИ, посвященных инициативе ERI, светятся каким-то детским оптимизмом по части дальнейших перспектив национальной электронной индустрии. Так, в редакционной статье авторитетного журнала Science приводится весьма показательное мнение одного из ведущих инженеров Стэнфордского университета Субхасиша Митры, который бодро предположил: «Даже если лишь очень небольшая часть перспективных проектов, финансируемых DAPRA, окажется результативной, эта программа приведет к революционным изменениям в сфере проектирования и разработки новых электронных устройств и материалов».

Новое лечение COVID-19

Возможно, вы удивитесь, но многие инновации, применяемые для борьбы с пандемией COVID-19, когда-то были малоизвестными проектами, финансируемыми Пентагоном и в основном разрабатывались для защиты солдат от инфекционных заболеваний и биологического оружия. Так, в самый разгар Холодной войны появилось Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) – его первоначальная цель, как вы уже догадались, заключалась в предотвращении и замедлении вспышек вирусных инфекций и пандемий.

Как недавно сообщила испанская La Raxon, команда DARPA на протяжении многих лет работала над созданием фильтра, очищающего кровь от вирусов и бактерий, но после того, как COVID-19 распространился по миру, их работа сосредоточилась на лечении больных этим недугом.

Ранее эксперты ВОЗ рекомендовали лечение тяжелобольных пациентов с COVID-19 стероидами.

Новая система получила название «Seraph 100» и уже тестируется в больницах Америки и Европы. Как отмечают разработчики, новое устройство очищает кровь от вирусов на 99,7% и помогает снизить вирусную нагрузку и выиграть время для применения других методов лечения. «Seraph 100» ранее использовался для борьбы с вирусами Зика и Эбола и может оказаться ключом к спасению пациентов с SARS-CoV-2. Но что представляет собой «Seraph 100»?

Энергетически автономный тактический робот

В 2012 году в Интернете расползлись слухи о том, что военные США работают над жутким плотоядным роботом. К счастью, слухи остались слухами. DARPA разработало робота под названием Energy Autonomous Tactical Robot, или EATR. Разработанный потреблять растительную биомассу для получения энергии, он оснащен захватом и бензопилой для сбора веточек, травинок, бумаги и древесных щепок с целью дальнейшей переработки для получения энергии. Он не нуждается в традиционных источниках энергии, но, впрочем, способен при необходимости черпать энергию из них (бензин, тяжелое топливо, керосин, дизель, пропан, уголь, растительное масло и солнечная энергия). Задача робота — поддерживать боевые группы непосредственно на поле боя, перенося снаряжение и другие материалы, обеспечивая оружием и поддержкой, убирая жертвы и обеспечивая традиционным источником питания.

Родился целый шквал зловещих новостей на тему того, что военные разрабатывают роботов-людоедов для боя. Опасения, что эта технология будет использоваться на людях, беспочвенные, говорит Гарри Шоелл, генеральный директор Cyclone Power Technologies, компании, разрабатывающей робота на деньги DARPA: «Мы полностью понимаем обеспокоенность общественности о футуристических роботах, которые питаются людьми, но это не наша миссия». Компания выбрала «строго вегетарианский» путь для своих роботов.

Можно расслабиться. Кроме того, маловероятно, что на поле боя появятся роботы, питающиеся падалью, так как осквернение мертвых считается военным преступлением. У этой технологии есть ряд потенциальных гражданских применений, например, возможность работы автомобиля на основе пищевых отходов, когда нет денег на бензин.

Воспроизведение активной памяти

Задача RAM Replay — RAM в этом случае отвечает за «восстановление активной памяти» — помочь отдельным людям в восстановлении эпизодических воспоминаний и навыков. Ученые надеются разработать способы усиления декларативной (отвечающей за факты и опыт) и процедурной памяти (бессознательная информация, позволяющая индивиду использовать приобретенные навыки).

Исследования на животных показали, что накопленная память бессознательно активируется во время сна и бодрствования в процессе нейронного воспроизведения, который в терминах активности мозга близко воспроизводит паттерны, соответствующие кодированию памяти. DARPA изучает, как активировать процесс этого воспроизведения, частоту активации и время между проявлением каждого воспроизведения после определенной работы памяти с задачами, требующими навыка. Ученые показали, что сенсорные сигналы (например, конкретные запахи) и электрическая стимуляция кожи головы может повлиять на то, как хорошо человек заучивает определенный навык. Понимание этих процессов откроет перед нами физиологические или окружающие факторы, которые влияют на качество приобретения воспоминаний или навыков.

Управляющий программой доктор Джастин Санчес говорит следующее:

XS-1

Космический шаттл был разработан на гребне мечты о разработке многоразового космического аппарата, который можно будет запускать снова и снова, но шаттл был многоразовым лишь отчасти. DARPA объединилось с авиационными компаниями Northrop Grumman, Scaled Composites и Virgin Galactic, чтобы создать многоразовый летающий аппарат с вертикальным взлетом и горизонтальной посадкой для экспериментального проекта космического самолета XS-1. Цель — разработка беспилотного космического самолета, который сможет вертикально взлетать в условиях минимальной инфраструктуры, ускоряться до 10 махов или достигать низкой околоземной орбиты, выпускать 1400 килограммов полезного груза и возвращаться на Землю, приземляясь традиционным способом.

DARPA говорит, что программа должна «продемонстрировать технологию, способную изготовить и запустить к границе с космосом многоразовый самолет». Надежда в том, чтобы построить космический самолет, способный достигать орбиты 10 раз за 10 дней, и снизить стоимость каждого полета до 5 миллионов долларов, что в пять раз дешевле, чем сейчас. Проект NASA и Boeing начала 90-х под названием X-37B был передан DARPA в 2004 году и с тех пор частично перехвачен ВВС США в 2006 году. И все же X-37B требует ракету Atlas V для выхода на орбиту.

XS-1 задумывался как улучшенная ракетная система, использующая сверхзвуковое движение для вывода другого аппарата на низкую околоземную орбиту. Работа над космическим самолетом могла бы привести к разработке новых технологий, позволяющих достичь космоса с небывалой легкостью. DARPA сообщало, что «ожидает от исполнителей исследование альтернативных технических подходов с точки зрения технологичности, производительности, дизайна система и стоимости разработки и обслуживания. Они также должны оценить потенциальную пригодность для параллельных применений этой технологии в военных, гражданских и коммерческих целях».

Современные вакуумные трубки

Вакуумные трубки — это устройства, которые контролируют электричество, направляя ток между двумя или более электродами в вакууме. Изобретенные в 1904 году, они были оплотом многих ранних систем электроники, включая радио, телевидение, радары, записывающее оборудование и компьютеры, пока их не сменили полупроводники, которые были меньше и могли похвастать большей эффективностью и долговечностью. Вакуумные трубки продолжали использоваться в старых телевизорах и мониторах до появления плазменных экранов и светодиодов, а вакуумная трубка, известная как магнетрон, когда-то была важным компонентом радаров и до сих пор присутствует в современных микроволновках. Также вакуумные трубки по-прежнему используют в спутниках связи ввиду их надежности и эффективности на орбите.

Хотя большинство полагает, что солнце вакуумных трубок совсем зашло, DARPA считает, что может вдохнуть новую жизнь в эту технологию с помощью своей пограммы Vacuum Electronic Science and Techology (INVEST). Вакуумные трубки имеют преимущество перед твердотельной электроникой в том, что способны работать при температурах и условиях, которые уничтожат полупроводники. Другое преимущество вакуумных трубок в том, что они могут функционировать при таких высоких частотах и коротких длинах волн (в миллиметровом волновом диапазоне), на которые современные устройства не рассчитаны. Так можно создать радиосигналы, которые будут «громче» и которые будет труднее интерферировать, что, в свою очередь, откроет ряд новых радиочастот в ранее неиспользуемых частях электромагнитного спектра, который стал забиваться в радио- и микроволновом диапазоне из-за распространения коммерческих устройств связи.

Цель программы INVEST — преодолеть технические ограничения производства вакуумных трубок, вроде экзотических материалов, трудоемкого процесса и необходимости точных машин для их производства. Конечная цель — разработать новые методы производства вакуумных трубок, которые, возможно, будут задействовать 3D-принтеры. Это даст военным и гражданским доступ к полосе электромагнитных частот, которую традиционные технологии связи достичь не могут.

Доступность запчастей

Кохлеарный имплант, как и вся техника, может выходить из строя, требует периодической калибровки, замены отдельных частей со временем. Допустим, вам удалось решить проблему с поездкой на операцию, вы выбрали самого лучшего специалиста, уверенно работающего именно с вашим КИ. Но если потребуется какой-то элемент, его придется заказывать и ждать поставку несколько месяцев. Подобную ситуацию проще не допускать, чем потом, преодолевая трудности, решать.

Ещё один совет: выбирать для имплантации не просто продукцию вышеперечисленных четырех лидеров рынка кохлеарной имплантации, но и не гнаться за новинками. Для примера: мы нередко сталкиваемся с тем,. что пациенты очень просят нас заменить старый речевой процессор, на самый “навороченный”, новый. Рекламу которого они видели на сайте производителя. Но, как правила, эта модель ещё не прошла сертификацию в России. Что делать в таком случае?

Выбор за Вами, но мы можем дать два совета:

• умерьте завышенные ожидания: есть вероятность, что ваши “радужные” предвкушения от новинки несколько преувеличены;
• запаситесь терпением и дождитесь, пока новый речевой процессор пройдет сертификацию в России. Да, этот процесс займет несколько лет, но зато вы сможете воспользоваться всеми возможностями сервисного обслуживания;

Memex

В феврале 2015 года DARPA анонсировало, что работает над созданием поисковой системы для так называемого «глубинного веба», «глубокой паутины» (Deep Web). Большая часть глубинного веба либо недоступна, либо доступна только через зашифрованные сети вроде Tor или 12P. Хотя поисковые системы вроде Google, Bing или Yahoo технически могут расширить индексацию и включить Deep Web, у них есть не так много коммерческих стимулов для осуществления этого. Тем не менее не так давно DARPA объявило о разработке поискового движка Memex.

Большая часть изначального стимула, стоящего за разработкой Memex, заключалась в помощи государственным и правоохранительным органам в поиске по узкому набору интересов и получению больше полезных результатов, чем выдают обычные коммерческие поисковики, например, на тему работорговли, торговли наркотиками и человеческими органами. Будучи первоначально разработанным для правительственного и военного применения, Memex привлекает все больше внимания как потенциальный конкурент Google ввиду своих потенциальных гражданских и коммерческих применений.

Вот как один из членов Memex описал конечные цели проекта:

Выбор своего специалиста

Представьте: вы ездили за тысячи километров в Москву, установили самую современную систему КИ, а в родном городе — о нем только в интернете читали. Могут возникнуть сложности. Необязательно, но все же, от подобной ситуации лучше перестраховаться:

• заранее выберите специалиста, который будет “вести” вас после операции, и к которому не придется летать на самолете или несколько дней добираться на поезде;
• пообщайтесь, узнайте мнение практика об имплантах разных производителей.

С этим специалистом вам должно быть комфортно, ведь именно к нему вы будете обращаться не только за плановой настройкой аппарата, а в случае сомнений, переживаний, при любом форс-мажоре.

Литература, источники

Многолетняя активная деятельность агентства нашла отражение не только в научных и государственных документах, но и в книгах, и в периодике, а также стала объектом исследований различных людей, в том числе — журналистов:

• Michael Belfiore, «The Department of Mad Scientists. How DARPA Is Remaking Our World, from the Internet to Artificial Limbs», 2009. Подробности об этой работе см. в тексте: «Раздвигая границы возможного»
• Sharon Weinberger, The Imagineers of War. The Untold Story of DARPA, the Pentagon Agency That Changed the World» , 2017.
• «В поисках утраченной гравицапы»
• «Метафорический компьютинг»
• Рассказ о TIA см. в материале «Тотальное знание-сила»
• Развернутое описание инициативы «It from Qubit» можно найти в тексте Sci-Myst #9, раздел (3) «Это все из сцепленных кубитов».
• О множестве явных аналогий между эффектами гидродинамики и квантовыми феноменами см. «Квантовая физика как она есть»
• О книгах Роберта Лафлина «Преступление размышления» и «Другая вселенная» см. «Наш человек в Стэнфорде»
• В переводных работах американского исследователя Тамары Карлтон

Джаз-роботы

В принципе, у нас уже имеются программы искусственного интеллекта, которые могут производить собственную музыку. Они работают за счет анализа выхода людей-композиторов, отмечают похожие характеристики и производят псевдооригинальные произведения на основе анализа. Это круто, но у DARPA есть планы побольше. Хотя современной системе определенно несложно производить искусственную классическую музыку или анализировать любой жанр, производя что-то, что можно слушать, DARPA надеется создать роботов, которые смогут производить и воспроизводить качественный джаз.

Причина, почему был выбран джаз, очевидна: он требует импровизации, и это может помочь ученым научить роботов самостоятельно решать структурированную проблему. Группа ученых из Аризонского университета получила финансирование от DARPA, чтобы научить программное обеспечение с искусственным интеллектом лабать джаз так, чтобы в дальнейшем создать роботов, способных без труда играть вместе с людьми-музыкантами

Для достижения этой цели ИИ должны уметь принимать спонтанные решения в реальном времени, которые будут зависеть от постоянно меняющихся условий, и неважно, будет это поле боя или джаз-клуб

Руководитель проекта Келланд Томас объясняет процесс так:

Разработать алгоритмов глубокого обучения, которая позволит существовать джаз-роботам и боевым ИИ быстрого реагирования, будет очень непростой, но в случае успеха перевернет мир. Как минимум, поколение плотоядных роботов к 2030 году сможет слабать нормальный джаз перед ужином.

Клиника имеет значение

В настоящий момент в России официально представлены четыре мировых производителя кохлеарных имплантов:

• Cochlear (Австралия);
• Med-El (Австрия);
• Advanced Bionics (США);
• Neurelec (Франция).

Оговоримся, что мы намеренно выбрали для рассмотрения только европейские бренды систем кохлеарной имплантации, так как у нас есть что сказать по собственной практике применения.

Системы отличаются техническими характеристиками, но все — соответствуют международным стандартам качества и сертифицированы в России.

Можно провести параллель с рынком смартфонов. Известные производители выпускают гаджеты, удовлетворяющие, примерно, одни и те же потребности покупателей. Однако каждая модель имеет отличительные особенности. Потребитель привыкает к определенным функциям и ничего не хочет менять.

Производители кохлеарных имплантов (КИ) своих клиентов поддерживают, развивают линейки, выпускают новинки, периодически проводят собственные исследования и, если какая-то модель показывает себя неудовлетворительно, отзывают ее с производства. Данные о работе «вывешивают» на официальных сайтах.

Однако в России существует негласная практика: каждое медицинское учреждение, проводящее кохлеарную имплантацию , работает только с определенными системами КИ. В одном месте не имплантируют MED-EL, в другом – Advanced Bionics и т. д.

Первый совет: ищите клинику!

Принимая решение о кохлеарной имплантации, начните с того, что изучите оперирующие клиники. Скорее всего, они будут находиться далеко от дома, в другом регионе. Большинство пациентов предпочитают столичные медучреждения, рассчитывая на более высокое качество обслуживания. По сути, на операцию нужно будет приехать один раз. Через месяц после операции потребуется вернуться на подключение речевого процессора и первичную настройку. И это тоже “негласное” правило.

А вот в дальнейшем, возвращаться на обязательную настройку несколько раз в году именно в это учреждение уже не обязательно. Конечно, при условии, что рядом с местом, где вы живете, есть специалисты по настройке систем КИ и реабилитации. Более того, есть немало подтверждений тому, что настройка и реабилитация в “домашнем регионе”, особенно для детей, дает лучшие результаты и динамику развития.

Раз в пять лет, речевой процессор системы КИ положено менять на новый. Это нужно будет делать в течение всей жизни.

За пределами GPS

Система GPS для навигации и времени имеет важное значение для военных операций и гражданской жизни современности, но у нее есть свои недостатки: она зависит от спутников, восприимчива к помехам и ее можно обмануть. Многие военные операции проводятся в районах, где GPS недоступна и недостижима, и части современной структуры GPS полагаются на российскую систему ГЛОНАСС в некоторых областях

DARPA работает над созданием ряда новых технологий, которые смогут обойти недостатки GPS.

Одна программа является простым обновлением текущей системы, она называется QuASAR. Система GPS полагается на атомные часы, и, вследствие относительности, для движущихся на орбите спутников время идет немного быстрее, чем для стационарных часов на земле. Атомные часы — лучший современный метод для синхронизации системы и поддержания ее в функциональном и точном состоянии. DARPA надеется улучшить текущую систему, исследуя достижения в резонаторах наноэлектромеханических систем и азотные «вакансии» в центрах алмазов, чтобы создать атомные и псевдоатомные сенсоры, работающие близко к стандартным квантовым пределам. Это обеспечит создание более портативных и надежных атомных часов, сделает системы связи менее уязвимыми к заглушке, а GPS-позиционирование — еще более точным.

DARPA также надеется вообще заменить GPS-систему. Документ от 2015 года говорит следующее:

DARPA изучает методы, не задействующие GPS, для достижения точного позиционирования, навигации и синхронизации времени, чтобы их можно было развернуть на поле боя. Сюда входят инерциальные системы размером с копейку, импульсные лазеры, использование нетрадиционных точек для позиционирования, вроде спутников связи, радио- и телевизионных сигналов, записываемых ударов молний. Как правило, технология, разрабатываемая для надежной системы глобального позиционирования, найдет применение не только в военной сфере, но и в мирных коммуникационных и навигационных системах.