Když se řekne počítač, většina si asi představí klasickou krabici s monitorem jako celek. Technická definice slova počítač ale označuje jakékoli zařízení, které je schopné aritmetických nebo logických operací pomocí programování. Obecně se tím k tomu automaticky přidává i to, že takový počítač je „Turingovsky kompletní“.
ENIAC - takhle vypadal počítač v roce 1945
A právě z tohoto pohledu dnešní počítače a zařízení nejsou „jedním počítačem“, ale tvoří je množství nejrůznějších počítačů, které zvládnou fungovat zcela samostatně a stejně tak se i samostatně programují. Jak je dnes situace komplexní, se snaží popsat čerstvý výzkum, který si podrobně rozebereme.
Procesor jako základ
Na první pohled by se mohlo zdát, že v případě procesoru není co řešit a z technického pohledu jde tedy o počítač. Jenže chyba lávky. Dnešní procesory jsou totiž komplexní zařízení, která obsahují mnoho samostatných částí, jež dokáží fungovat samostatně.
Základem jsou samotná výpočetní procesorová jádra, která fungují samostatně a zvládají všechny výpočetní operace. Pokud tak má procesor 8 jader, jedná se o 8 počítačů, které se aktivně vypínají a zapínají dle potřeby a mají i samostatnou vyhrazenou část cache. Příští rok už se na trhu dokonce objeví i výkonné procesory AMD s 64 jádry, což jen ukazuje, k jak velkému číslu už se dostáváme. Ani to ale není konečný počet.
Ukázka rozložení základních částí v moderním procesoru
Mezi další programovatelné části a tedy samostatné počítače patří třeba i bezpečnostní části procesoru (AMD Platform Security Processor, Intel Management Engine a další). Dle výzkumu lze navíc za Turingovsky kompletní počítač považovat i samotné jednotky pro výpočty s plovoucí desetinnou čárkou. Dále se v procesoru nachází například i počítač v podobě jednotky pro správu paměti (MMU). Specializované DSP či ASIC jednotky například pro převod a akceleraci videa ale do kategorie samostatných počítačů nelze zařadit.
To ale neplatí u moderních SoC čipů v mobilních zařízeních, které jsou schopné akcelerovat neuronové sítě, které už jsou Turingovsky kompletní a takové jednotky lze tedy označit za samostatné počítače. Dle vyjádření ARM je navíc v moderních chytrých telefonech kolem 8 až 14 procesorů ARM, které pak mají samozřejmě další části v podobě samostatných počítačů.
Grafický čip
V případě grafického čipu se situace oproti minulosti také značně změnila. Dnešní nejnovější grafické čipy už obsahují tisíce programovatelných jednoduchých výpočetních jader. Už tedy nejde jen o striktně grafické operace a lze je tak využít třeba i na akceleraci neuronových sítí a podobně. Tisíce počítačů jen v grafickém čipu.
V moderních grafických čipech jsou tisíce programovatelných počítačů
Zároveň je třeba myslet na to, že integrované grafické čipy se nachází i ve spoustě klasických procesorů, které jsme popsali výše.
Ostatní komponenty
Pokud jste mysleli, že už je to všechno, mýlíte se. „Počítače“ jsou dnes všude, takže se to týká i mnoha dalších komponent. Typickým příkladem jsou řadiče pro úložiště, přičemž je celkem jedno, jestli jde o pevné disky, SSD nebo další formy. Všechny využívají nějakou formu typicky jednoduchého procesoru ARM, který lze programovat (má firmware) a tím pádem ho lze i hacknout, čehož se často využívá. A jak jsme zmínili v části s procesorem, i samotný procesor obsahuje několik různých počítačů.
Další skupinou jsou například síťové čipy, které mají různou komplexnost dle zaměření, stejně tak modemy pro bezdrátové připojení všeho druhu (Wi-Fi, Bluetooth, GSM, 2G, 3G 4G/LTE, 5G atd.). Co vás možná překvapí - i SIM karta je počítač a rozhodně tak nejde o nějakou jednoduchou paměť, na které je uloženo číslo a vaše kontakty. Sim karty jsou schopné zpracovat Java Card aplikace, což je také jeden z důvodů, proč je lze hacknout.
Také třeba karta SIM je počítač
Na základní desce lze nalézt velké množství čipů, respektive počítačů. Například se jedná o čipy pro BIOS a s tím spojené jakékoli zařízení pro USB port, které pracuje s datovým přenosem. Mezi různými specializovanými čipy, které dnes běžný uživatel používá, je například i Apple T1/T2, který je složen z mnoha počítačů (řadič SSD, bezpečností jednotka, běh Siri a propojení s mikrofonem a podobně), čipy jsou v bezdrátových sluchátkách (jednoduchá forma, třeba Apple W1), v chytrých hodinkách (komplexnější forma, například Apple S4). To vše znamená jednotky či desítky „počítačů“ v každém z těchto čipů nebo zařízení.
Neuvěřitelná komplexnost
Pokud jde tedy o lokální využívání počítačů, běžný člověk jich má v kapse nebo na těle jednotky či stovky (chytrý telefon, hodinky, sluchátka a další), pokud k tomu přidáme desktop, který má například i výkonné komponenty, jedná se o tisíce počítačů. Tyto počítače běží, zpracovávají instrukce a lze je programovat a tedy i potenciálně zneužít. Dnes už k tomu můžeme přidat i chytré televize, zařízení chytré domácnosti, automobily a podobně.
Až doposud se vám to nezdálo dostatečně šílené? Tak si představte, že k tomu přidáme využívání cloudu, které je dnes běžné jak v rámci chytrých telefonů, tak i počítačů. Jakmile jsme na internetu, začne pouze pro nás vždy na nějaký vymezený čas pracovat další obrovská spousta počítačů. Jejich počet v danou chvíli je ještě mnohem větší, dalo by se slepě odhadnout, že půjde celkově o miliony „počítačů“, které se přidají k těm lokálním.
Nesmíme zapomínat ani na využití počítačů v cloudu
Pokud pomineme celou cestu dat, které putují přes různé routery, opakovače, síťové karty a podobně, jsou data z cloudu zpracovávána v různých cache systémech, které jsou napojené na servery a obří datacentra s obrovským počtem procesorů, grafických karet, disků, síťových karet a a dalších zařízení. Vzhledem k tomu, že kvůli vyrovnání zátěže se vše rozkládá mezi spoustu serverů, komplexnost se navyšuje a s tím i počet „počítačů“, které každý den využívá byť pouhý jeden člověk.
Dnes jsou to tedy stovky až tisíce počítačů lokálně, možná až miliony počítačů vzdáleně. Do budoucna lze ale předpokládat, že se tyto počty budou ještě více zvětšovat.
