Teadlane: kiipokalüpsis on ainult aja küsimus?

Maksim Jenihhin Foto: Erakogu

Järjekordne avalikkusse ette jõudnud kriitiline turvanõrkus kiipidest Foreshadow on oma olemusest sarnane Meltdown ja Spectre turvaprobleemidega. See juhtum annab märku, et on saabumas ajastu, mida on hakatud nimetama «kiipokalüpsiseks» (inglise keeles hipocalypse), kirjutab Tallinna Tehnikaülikooli IT teadlane Maksim Jenihhin.

Arvutikiibid on meie pidevalt digitaliseeritava maailma füüsikaline selgroog. Poole sajandi jooksul on digitaalelektroonika miniaturiseerimine toimunud Moore’i seaduse järgi, tagades pideva arvutusvõimsuse kasvu ning mõju igapäevaelus olulistele valdkondadele (kommunikatsioon, transport, tervishoid, julgeolek, jne).

Üles on kasvanud terve põlvkond inimesi, kes on harjunud selle pideva arenguga ning kellel on kindlad ootused selle jätkusuutlikkusele. Tänaste kiireimate ja võimsaimate masstootmises olevate protsessorite võimsus on tagatud ruutsentimeetri peale paigaldatud miljardite transistori poolt, kuid samas kasutatakse selleks juba äärmiselt imepisikest 7nm tootmistehnoloogiat.  

Miniaturiseerimisega füüsikaliste piiride osas kaasneb ka rohkelt probleeme, mille hulgas on näiteks nanotransistorite vananemise fenomen, tundlikkus kosmilisele kiirgusele, tunnelefekti kvantnähtus jne. Kaua kestnud kiipide tavatehnoloogia (CMOS) miniaturiseerimine hakkab tupikusse jõudma. 

Oodatava elektroonika arengu teiseks võimaluseks on trikid kiipide arhitektuuride tasemel protsessorite töö kiirendamiseks, mille hulgas on ka seesama spekulatiivse käsu täitmise lähenemine, mis võimaldas Foreshadow, Meltdown’i ja Spectre’i turvaprobleeme.

Sellised trikid teevad kiipide arhitektuuri äärmiselt keeruliseks, mis omakorda tähendab, et riistvara disainivigade (bug-ide) ja soovimatute sisemiste seoste ülesleidmine ning parandamine on väga keeruline.

Tarkvara turvapaigad ei ole imerohi ning riistvaraliste probleemide lahendamine sellisel viisil on kallis. Spekulatiivse käsu täitmise trikkide perekond võimaldab sõltuvalt kasutaja rakenduse iseloomust lisada 5-30% arvutusvõimsust, kuid peaaegu kõikides maailma arvutites sel aastal ilmunud turvapaigad peamiselt lülitavad välja nimetatud kiirenduse võimaluse. Selle tulemusena kasutaja server, tööjaam, sülearvuti või mobiilne seade kaotavad ka vastavalt arvutusvõimsust.

Tänapäevase tavatehnoloogiaga toodetud kiipide areng muutub aeglasemaks, kiipide töökindlus ja turvalisus vähenevad ning tekib väga suur vastuolu kasutajate ootustega. Seda kõikides elektroonikast sõltuvates valdkondades.

Positiivsest küljest motiveerib „kiipokalüpsis“ teadustööd uute tärkavate tehnoloogiate arendamiseks, näiteks memristorite-põhine mälusisene arvutamine, neuromorphic ja pseudo-quantum arhitektuurid või graphen’i ja süsiniknanotoru põhised kiibid, ning nõuab interdistsiplinaarset lähenemist.

Loodan, et esialgu on tegemist ainult „mikrokiipokalüpsisega“.

Arvutiteadlane Maksim Jenihhin valiti sel aastal arvutisüsteemide professoriks Tallinna Tehnikaülikoolis, tema uurimistöö teemadeks on asjade internet, sard- ja kübefüüsikalised süsteemid ning nanoelektroonika süsteemide töökindlus ja usaldusväärsus. Maksim Jenihhin pälvis Vabariigi Presidendi 2017.a. noore IT-Teadlase preemia ning koordineerib interdistsiplinaarse EU teadus- ja koolitusvõrgustikku RESCUE.