В нынешнюю эпоху пластика, силиконовых женщин и одноразовых вещей хочется чего-то надёжного и долговечного. Хочется привыкнуть к компьютеру, сделать его частью своей жизни, а может и семейной реликвией, которая достанется правнукам. Естественно, при возможности простого апгрейда компонентов.
Реально ли создать такой компьютер? Представьте, что после Апокалипсиса работающий ПК станет настоящим подарком для многих поколений одичавших потомков… А если жизнь пойдёт обычным порядком, всё равно приятно прикоснуться к такой реликвии через какие-нибудь 100 или 500 лет.
❯ Совершенство, простота и долговечность… это не про компьютеры
«Каждый раз, когда я смотрю на свою пишущую машинку Hermes Rocket, — пишет фантаст, блогер и футурист Лайонел Дрикот, я поражаюсь тому факту, что эта штука выглядит довольно современно и после небольшой чистки работает как новая. Устройству 75 лет, но оно представляет собой довольно сложный в техническом плане механизм с более чем двумя тысячами движущихся элементов. И это один из лучших и удобных инструментов для печати текстов даже сегодня!
Пишущие машинки — сложные и точные устройства. На пике их популярности (он пришёлся на годы перед ВМВ) технологии и конструкция дошли до высшей точки совершенства. Кстати, недавно машинки снова вошли в моду. Их применяют в работе даже спецслужбы, поскольку такое печатающее устройство невозможно отследить через интернет и взломать, как компьютер.
Может переосмыслить и переработать офисное оборудование, объединить лучшее в механических и цифровых гаджетах — и создать из них долговечный и надёжный ПК?
❯ Комплектующие недолговечны
Если бы вдруг потребовалось много пишущих машинок, их не пришлось бы даже производить. Надо было бы лишь скупить и восстановить те, что хранятся на чердаках, в подвалах, чуланах, гаражах. Их ремонт не потребует дорогих инструментов, сложных навыков. Всё необходимое можно найти в быту, и сделать всё самостоятельно.
В отличие от пишущих машинок, компьютеры и ноутбуки мы меняем каждые три-четыре года. Телефонов хватает на пару лет. Остальное оборудование (зарядные устройства, маршрутизаторы, модемы, принтеры) тоже необходимо регулярно менять. Даже при наилучшем обслуживании они неизбежно выходят из строя. Это называется запланированное устаревание. Батареи изнашиваются, экраны трескаются, процессоры устаревают, ПО становится небезопасным. Кроме того, один человек не в состоянии полностью разобраться в работе таких устройств, не говоря уже об их ремонте.
Как правило, материнские платы могут служить относительно долго, до двадцати лет при правильном обслуживании и эксплуатации. О сроке службы SSD и HDD на Хабре писали не раз. Вряд ли они проживут дольше 10-20 лет, не 50 точно. Обычные пользователи пишут о сроке службы ноутбуков 4-5 лет.
Срок службы офисных компьютеров обычно ограничивается 3-5 годами. Сообщество Open Source рекомендует для продления жизни ПК использовать Linux. Открытое ПО позволит выиграть ещё 5-7 лет. Но всё рано или поздно упирается в ограниченный срок службы аппаратной части компьютера.
❯ Есть ли свет в конце тоннеля?
Исследования в области повышения долговечности электронных компонентов ведутся давно, но революционных решений до недавних пор не было видно. «Все электронные устройства находятся в постоянном движении, — пишет профессор материаловедения и инженерии Стэнфордского университета Рейнхольд Даускарт. — Представьте нагрузку на солнечную батарею в разгар летней жары или непрерывные вычисления навигационного приложения на вашем смартфоне. При включении устройства нагреваются, а детали расширяются. Когда они не используются, то охлаждаются и сжимаются. Это перетягивание каната со временем разрушает устройство. Таким образом, даже находясь в подвале или кладовке, неработающий компьютер постепенно выходит из строя просто потому, что на улице зима сменяется летом. Впрочем, причины старения электроники не только в «температурных качелях».
Не так давно исследователи из школы аэрокосмической, механической и мехатронной инженерии Сиднейского университета представили полную картину, как возникает усталость сегнетоэлектрических материалов. Напомним, что сегнетоэлектрики или «ферроэлектрики» обладают спонтанной поляризацией, ориентация которой меняется посредством воздействия внешнего электрического поля.
Они применяются в самых различных электронных устройствах и приборах, памяти, конденсаторах, датчиках, различной медицинской технике и, конечно, в компьютерах, жидкокристаллических мониторах, отражающих матрицах LCoS и т. д. С течением времени сегнетоэлектрики подвергаются многократным механическим и электрическим нагрузкам, что приводит к деградации их функциональности и в дальнейшем к отказу.
Используя электронный микроскоп, способный видеть в режиме реального времени элементы, вплоть до атомного уровня, специалисты из Сиднея сумели разглядеть и зафиксировать сегнетоэлектрическую усталость по мере её возникновения. Они выяснили, что «интерфейсы» (в данном случае, имеются в виду границы, разделяющие различные области в материалах) могут ускорять деградацию сегнетоэлектриков. Соответственно, появилось предположение, что надёжность электроники можно критически повысить, проектируя и создавая соответствующие интерфейсы с необходимыми параметрами. Но это пока только исследования.
❯ «Вечный» компьютер должен быть простым в ремонте
В инструкции к зубной щётке Phillips Sonicare прямо сказано, что «процесс её разборки необратим». Зубную щётку необходимо завернуть в ткань и разбить молотком, чтобы извлечь отработавший своё аккумулятор.
В изделиях, подлежащих однократной разборке, создаются специальные ослабленные линии разлома или отделяющиеся области. Это удобно для переработки, но свидетельствует о том, что инженерам совершенно не нужно, чтобы их изделие кто-то чинил. Все элементы таких устройств либо запаяны, либо заклеены «намертво».
Для компьютеров, способных пережить столетия, гораздо ближе подход IKEA, которая делает мебель, подлежащую многократной сборке с помощью различных хитрых штучек, вроде клиновидных дюбелей. Всё просто и интуитивно понятно.
Такой подход работал и с электроникой. Правда, не с новейшей, а с очень старой. В качестве примера можно привести 70-летний бакелитовый корпус телефонного аппарата Austrian Post project Nr. 121, являющийся своеобразным образцом дизайнерского мышления. Он открывается отвинчиванием одного винта. Широкий шлицевой паз позволяет использовать не только отвёртку, но и любой подходящий плоский предмет. Фиксирующий винт никогда не теряется, конструкция обеспечивает выравнивание крышки относительно корпуса, все шлейфы отлично видны и доступны, а внутри имеется наклеенная бумажная схема устройства.
Некоторые производители ранее напрямую встраивали документацию в свой продукт, например, маркируя методом шелкографии монтажные платы. Инженеры-электронщики годами делали это для идентификации компонентов, информации о контроле партии, замечаний по производству и многого другого. В синтезаторе Prophet 12 Дейва Смита есть даже его лицо, нарисованное на плате.
Такой подход вполне стоит использовать и при создании долговечного компьютера. Ведь никаких инструкций и даже фирмы, его создавшей, к моменту возникновения необходимости в ремонте устройства, может уже не быть. Совсем неплохо, если пользователь сможет легко и быстро разобрать устройство для ремонта или обслуживания, не ломая его, и обнаружит внутри корпуса или на плате хоть какую-то информацию.
❯ Компьютер постапокалипсиса сможет выполнять только простые операции
А иначе и не получится. Нельзя предсказать, каким будет следующий видеокодек или стандарт Wi-Fi. Невозможно даже предположить, какой вид онлайн-активности войдёт в моду в ближайшие пару лет. Вместо этого стоит сосредоточиться на создании компьютера, который будет делать необходимую работу и сегодня, и завтра, и через 50 лет, как пишущая машинка из старого чулана.
Вместо крутых «наворотов» можно ограничить функционал несколькими операциями. Это общение в письменном формате, чтение и написание документов, электронных писем, поиск информации в сети, чтение блогов, групп новостей, информационных бюллетеней, просмотр общедоступных форматов видео.
Эти функции гораздо важнее, чем любые другие. В отсталых и бедных странах люди может и сегодня счастливы получить компьютеры, выполняющих только эти операции, но у них нет и таких ПК. Пожилым людям тоже больше подойдут компьютеры, которые работают с текстами, видео, просты в ремонте и обслуживании и, разумеется, им будет ближе и понятнее тот ПК, с которым они уже работали когда-то.
❯ Один из вариантов: E-ink без «мыши» и батареи
Поскольку, «вечный» компьютер планируется использовать, в основном, для набора и вывода текстов и переписки, при современном развитии технологий Лайонел Дрикот предлагает взять для начала экран с электронными чернилами. Они экономичны, что даст возможность не только реже заряжать аккумуляторы (которые надо ещё и менять каждые 2-3 года) но и вообще перевести устройство на питание, допустим, от солнечной батареи.
Можно создать компьютер без устройства для взаимодействия с экраном, считает Лайонел. Использовать вместо блока ввода клавиатуру с указательным устройством, наподобие Thinkpad red dot или подключить USB-мышь, сделать сенсорный экран. Чем меньше наворотов, тем лучше.
Интересный подход. К сожалению, известного футуролога легко оспорить. Никакой экран с электронными чернилами, выпущенный на уровне нынешних технологий, не выдержит даже 50 лет эксплуатации. Так может и вовсе обойтись без монитора, используя, скажем, проектор, с увеличительным стеклом? Это в каком-то смысле и удобнее, так как в качестве экрана вы сможете использовать всё, что угодно: простыню, белую стену. Кроме того, проектор с длительным сроком службы создать, вероятно, проще, чем заставить работать полстолетия любое современное устройство отображения информации.
❯ Автономный режим по умолчанию
Уже существуют группы энтузиастов, таких, как сообщество художников «100 кроликов», которые живут вдали от цивилизации, путешествуют на яхте, по минимуму используя интернет и современные технологии. Они надеются применить свой опыт для построения более сбалансированного мира. Ребята используют только софт, способный работать в автономном режиме. И оказалось, что большая часть используемых ими ранее программ непригодны для такой работы. Но, в случае, если цивилизация споткнётся в развитии, автономный режим может стать основным и даже единственно возможным.
Можно спроектировать компьютер так, чтобы он был по умолчанию отключён от сети. При подключении он синхронизирует всё необходимое. Отправится и примется почта, новости и подкасты, создадутся резервные копии файлов, откроются нужные веб-сайты. Но подключение будет осознанным выбором пользователя. Состояние синхронизации в этом случае, вероятно, потребует блокировки других функций. А после завершения синхронизации ПК вернётся к автономному режиму.
Для подключения к Сети можно использовать разъём 8P8C. Он широко распространён и существует как минимум полстолетия. Это даёт возможность предположить, что его будут использовать и дальше.
Ближайший конкурент — USB, последовательный интерфейс для подключения периферийных устройств к вычислительной технике. Он также существует почти 30 лет и, вполне возможно, доживёт до 50-летия.
Есть большая вероятность, что беспроводные сети Wi-Fi в нынешнем их виде не будут поддерживаться маршрутизаторами в будущем или может использоваться только в качестве запасной альтернативы. А разъёмы 8P8C и USB прослужат по крайней мере несколько десятилетий, и пользоваться им просто.
❯ Обмен данными — в одноранговой сети
Технические проблемы можно решить, отойдя от постоянно действующей модели традиционных сетей и вместо этого проектируя сети, основанные на асинхронной связи и прерывистом подключении. Эти так называемые «сети, устойчивые к задержкам» (DTN), которые имеют свои собственные специализированные протоколы, наложенные поверх нижестоящих протоколов, и не используют TCP. Они решают проблемы прерывистого подключения и длительных задержек, используя переключение между сохранением и пересылкой сообщений.
Информация пересылается из хранилища на одном узле в хранилище на другом по пути, который в конечном итоге достигает места назначения. В отличие от традиционных интернет-маршрутизаторов, которые сохраняют входящие пакеты на чипах памяти всего на несколько миллисекунд, узлы такой сети имеют постоянное хранилище (например, HDD), которое хранит информацию относительно долго.
Сети, устойчивые к задержкам, могут принимать удивительные формы, особенно когда в них используются преимущества нетрадиционных средств связи. Вы слышали про «мулы данных»? Это обычные транспортные средства — автобусы, автомобили, мотоциклы, поезда, лодки, самолёты — которые используются для передачи сообщений из одного места в другое путём хранения с дальнейшей пересылкой.
Логика автономной работы приводит нас к физическому одноранговому подключению. Вместо соединения с центральным сервером, можно подключить компьютеры друг к другу при помощи кабеля. Во время этого соединения оба компьютера будут сообщать друг другу то, что им нужно и, если по какой-либо случайности они смогут удовлетворить одну из этих потребностей, они это сделают. Они также могут передавать зашифрованные сообщения для других пользователей, как бутылки в море.
Одноранговое подключение подразумевает надёжную криптографию. Личная информация должна быть зашифрована только с использованием метаданных получателя. Подключающийся к вам компьютер понятия не имеет, являетесь вы первоначальным отправителем или всего лишь одним из узлов в цепочке передачи. Общедоступная информация должна быть подписана для уверенности, что она исходит от доверенного пользователя.
Это также означает полноценное использование HDD. Когда он заполнен, компьютер удалит старые, менее важные данные. В этой модели центральные сервера используются в качестве шлюзов для ускорения связи и быстрого выполнения ряда задач. Протоколы вроде IPFS позволяют создать одноранговый интернет без серверов. В некоторых сельских районах планеты, где нет устойчивой связи, сети DTN уже работают и широко используются, в том числе для просмотра веб-страниц. Если компьютеров, рассчитанных на 50 лет работы, будет много, как и старых пишущих машинок, одноранговая сеть будет вполне актуальна.
❯ Программное обеспечение — только с открытым кодом
Для компьютера, который «проживёт» 50 лет и возможный апокалипсис, подойдёт только простое и надёжное программное обеспечение с открытым, хорошо документированным кодом. Только это позволит исправлять ошибки и решать проблемы с безопасностью через много лет после того, как исчезнут или изменят свой профиль компании-разработчики ПО и самого компьютера.
Есть много маленьких ОС с открытым кодом: ArchBang, Tiny Core Linux, Absolute Linux, Porteus, Puppy Linux, SliTaz и т. д. Можно подобрать и пользовательский интерфейс, который должен быть простым и ориентироваться только на работу с компьютером и его оборудованием, вариантов много: KDE Plasma, GNOME, XFCE, MATE и проч. В систему должно быть включено ПО для работы с одноранговой сетью. Возможно, имеет смысл подключение некоторых репозиториев, например, Debian (он уже даёт долгосрочные гарантии).
Существует даже специальная ОС (Collapse OS), разработанная энтузиастом Вирджилом Дупрасом. Его взгляд на будущее довольно пессиместичен. Он предполагает, что к 2030 году производство электроники сильно сократится и часть технологий будет утрачена. Это вызовет деградацию компьютерной промышленности, а ПК будут собирать из любых доступных компонентов. Система Дупраса может работать на микроконтроллерах Z80, 8086, 6809 и 6502. Ниже представлен список аппаратных конфигураций, на которых работает ОС, а также ссылка на их конкретный порт.
Система способна:
- работать на компьютерах Z80, 8086, 6809 и 6502 с небольшими ресурсами;
- собирать двоичные файлы Z80, AVR, 8086, 6809 и 6502;
- программировать микроконтроллеры AVR;
- имеет текстовый редактор командной строки, похожий на традиционный редактор Forth, а также визуальный текстовый редактор, вдохновлённый UNIX'овым VI;
- визуальный двоичный редактор;
- обладает всей мощью достаточно хорошо оснащённого интерпретатора Forth;
- может быть собрана из среды POSIX с минимальными инструментами: требуются только cc и make;
- без учёта специфичных для компьютера портов включает менее 2000 строк кода.
❯ Реальный прототип
Компьютер, рассчитанный на постапокалипсис, — это не средство заработка или выгодный проект, «единорогом» он точно не станет и больших прибылей не принесёт. Слишком убогим должен быть его функционал, который нужно создавать с учётом множества компромиссов. С помощью такого ПК можно будет работать там, где большая часть гаджетов окажется бесполезной, когда неделями нет доступа к интернету и даже к зарядному устройству. Такой компьютер станет полезным инструментом в более трудные времена, чем нынешние, считает фантаст Лайонел Дрикот, но оговаривается, что на планете, где мы потребляем ресурсы в два раза быстрее, чем они регенерируют, ведём постоянные войны и угрожаем друг другу ядерным оружием, такие времена обязательно наступят.
Может быть, реальные прототипы таких компьютеров уже существуют?
Один из вариантов — компьютер Raspberry Pi Recovery Kit, созданный энтузиастом Джеем Дошером (Jay Doscher). Готовая сборка объединяет Raspberry Pi 3 Model B с ЖК-экраном, пятипортовым коммутатором Ethernet и батарейным блоком, а также прочными разъёмами для выводов порта GPIO. Для пущей надёжности все разъёмы находятся внутри водонепроницаемого корпуса Pelican, защищённого от возможных повреждений, и снаружи отверстий нет, а коробка для транспортировки снабжена коконом из медной фольги для защиты от электромагнитного излучения (именно коробка, чтобы на компьютере, извлечённом из неё, не блокировались Bluetooth и Wi-Fi).
Дошер предлагает автоматизировать создание зеркал для образов Raspberry Pi, создавать репозитории для apt-пакетов Raspbian, на случай длительного отключения интернета, запрограммировать периодические загрузки установочных образов Linux. Тем не менее, этот ПК не является автономным, так как предполагает наличие интернета и электропитания.
P. S. Интересно, что многие принципы долговечного компьютера будущего можно применить к современным военным устройствам. По идее, они тоже должны быть максимально прочными, простыми и надёжными. Кто знает, каким будут условия жизни у наших потомков…
