Jei kada nors skundėtės, kad jūsų gyvenimą valdo laikrodžio tiksėjimas, ką tuomet reiktų sakyti tiems, kurie užsidirba savo pragyvenimui konstruodami naujus kompiuterių lustus iš silicio. Beveik kiekvieną procesoriaus lusto savybę - duomenų paskirstymo spartą, jo paviršiuje išvedžiotų metalinių takelių topologiją ir netgi lusto sunaudojamą galią nulemia takto dažnio generatorius - silicio laikrodis, nustatantis taktą lyg koks nepavargstantis dirigentas.

   Kas būtų, jei lustų kūrėjai imtų ir atsisakytų takto dažnio generatorių? Šį iš pirmo žvilgsnio neįmanomą variantą dabar tiria mikroschemų gamintojai, siekiantys pašalinti kliūtis, trukdančias kurti vis spartesnius ir spartesnius lustus. Ateities lustai galbūt apsieis be vidinių laikrodžių, valdančių jų darbą. Ši naujoji lustų karta, vadinamieji asinchroniniai lustai, turės savyje grandynus, kurie panorėję veiks sparčiau ar lėčiau. Gali būti, kad jūsų kišenėje jau dabar yra toks lustas - asinchroniniai grandynai jau naudojami peidžeriuose ir gudriosiose kortelėse, o ateityje juos turėtume aptikti visur - nuo itin sparčių kompiuterių iki mobiliųjų telefonų.

   Šiandien moderniausiojo procesoriaus lusto laikrodis tiksi maždaug 2,8 milijardo kartų per sekundę (2,8 GHz) ir viskas, ką šis lustas atlieka, yra atliekama į taktą su šiuo "tiksėjimu". Tokia koncepcija taip pat turi nemažai privalumų. Kadangi visos lusto dalys veikia tuo pačiu ritmu, jų darbą lengva suderinti tarpusavyje, o vienos dalies išvesties signalas natūraliai tampa kitų dalių įvesčių signalu. Supaprastėja ir paties lusto konstravimas.

   Bet tokie sinchroniški lustai turi ir nemažai trūkumų. Duomenis jie perduoda panašiai, kaip išsirikiavę eilutėje žmonės perdavinėtų kibirus klausydami būgnu mušamo takto. Pasigirdus pirmajam būgno dūžiui, kiekvienas eilėje stovintis asmuo paima kibirą iš už jo stovinčio žmogaus. Nuskambėjus kitam dūžiui, jis perduoda kibirą į priekį, ir taip toliau. Bet tokia eilė dirbs ir dirbs, nepaisydama, ar kibiruose bus vandens, ar ne. Kai kurie kibirai gali būti tušti. Be to, kadangi visi kibirai juda tuo pačiu greičiu, visos sistemos "takto dažnis" - būgno ritmas - negali būti greitesnis už tą spartą, kuria sugebės dirbti pats lėčiausias iš eilėje stovinčių žmonių. Dėl to sinchroniškieji lustai yra mažai efektyvūs. Realiame luste rasime daug "brigadų su kibirais", veikiančių lygiagrečiai, ir jeigu kurios nors iš jų pabaigs savo užduotį greičiau už kitas, jos vis tiek turės laukti būgno dūžio, leidžiančio tęsti darbą.

   Taktinio dažnio paskirstymas po įvairias lusto dalis taip pat nėra iš pigiųjų - tam sunaudojama apie 30 proc. visos lusto energijos. Laikrodis privalo eiti visada, net ir tada, kai lustas neatlieka jokios užduoties, dėl to luste išsiskiria šiluma, kurią reikia kažkaip pašalinti. Sinchroniškieji lustai sunaudoja daug energijos ir gerokai sutrumpina nešiojamųjų prietaisų akumuliatorių išsikrovimo trukmę. Be to, kadangi judantys metalo takeliais elektronai sukuria radijo bangas, takto dažnio signalai spinduliuos nemažus trikdžius. Tos radijo bangos gali trikdyti kitų elektronikos prietaisų, pavyzdžiui, navigacijos įrangos, gyvybę palaikančių sistemų ligoninėse ar netgi kitų to paties lusto dalių veiklą. Todėl mobiliųjų prietaisų gamintojai privalo tuos signalus ekranuoti.

   Bet patį didžiausią iššūkį kelia pats šiuolaikinių lustų dydis. Jie vis didėja, takto dažnis vis auga, todėl tikslaus laiko signalo paskirstymas tampa vis labiau komplikuotas. Signalams tenka įveikti tokius didelius atstumus, jog jie užtrunka gerokai ilgiau, nei tranzistoriai atlieka savo logines operacijas. Tos lusto dalys, kurios yra arčiau takto dažnio generatoriaus, atlieka savąsias funkcijas greičiau už toliau esančias dalis. Aišku, kad jei skirtingos orkestro dalys praras vieningą ritmą, gausime chaosą.

   Geriausia būtų visai atsisakyti bendrojo laiko signalo ir leisti atskiroms lusto dalims veikti skirtingomis spartomis. Atsisakius takto dažnio generatoriaus, duomenų paketai asinchroniškuose lustuose judės taip greitai, kaip juos sugebės apdoroti kiekviena lusto dalis.

   Tam, kad tokia sistema veiktų patikimai, reikia koordinuoti duomenų paketų judėjimą, o tam yra pasitelkiami specialūs grandynai. Pats svarbiausias grandyno tipas buvo sukurtas šeštajame dešimtmetyje Davido Mullerio, tuo metu dirbusio Ilinojaus universitete. Vadinamasis Mullerio C-elementas yra nedidelis grandynas, veikiantis it geležinkelio signalinė dėžė. Jis sureaguoja į kiekvieną atkeliavusį duomenų paketą, paketus praleisdamas toliau arba - vengiant paketų susidūrimo - trumpam sulaikydamas (žr. pav.). Visa tai reiškia, jog tam tikras skaičius Mullerio C-elementų galėtų puikiausiai susitvarkyti su grandynais, neturinčiais takto dažnio signalų. Kadangi šiuo atveju netektų laukti sinchronizavimo signalų, tai ir lusto sparta priklausytų vien nuo to, kaip greitai juo judės duomenys.

   Tačiau greito asinchroniškų lustų pasirodymo tikėtis netenka: kompiuterių pramonė yra per daug investavusi į sinchroniškas lustų konstrukcijas, todėl neskubės keisti kiekvienos mikroschemos dalies asinchroniškąja alternatyva. Taigi, konstruktoriai dabar kuria prietaisus, kuriuose yra derinamos geriausios abiejų lustų tipų savybės. Jie vadinami GALS (globally asynchronous locally synchronous - globaliai asinchroniški, lokaliai sinchroniški). GLAS lustuose asinchroniškai yra perduodami duomenys iš vienos lusto dalies į kitą - pavyzdžiui, iš procesoriaus į atmintinę. Bet kiekviena lusto dalis generuoja savąjį takto dažnio signalą ir veikia juo vadovaudamasi.

   Konstruktoriams gyvenimas nuo to gerokai palengvėja. Tradiciniame luste visos dalys privalo veikti vienu ritmu, todėl jeigu vienas grandynas patobulinamas ir pradeda veikti sparčiau, reikia pakeisti viso lusto konstrukciją. GALS leidžia inžinieriams suderinti senesniąsias konstrukcijas su naujomis, spartesnėmis. Visa tai labai sumažina konstravimo darbų kainą.

   GALS konstrukcijos pasižymi ir kitais svarbiais privalumais. Kadangi duomenys dabar nebėra siunčiami jungtimis pastoviu dažniu, vagims kur kas sunkiau įveikti gudriųjų kortelių apsaugos sistemas. Be to, skirtingose GALS dalyse yra naudojami skirtingi dažniai, todėl tokie prietaisai nesukuria vieno dažnio stipraus elektromagnetinio triukšmo, kaip tradiciniai lustai. Galiausiai, kai lustas nėra apkrautas darbu, jis suvartoja mažesnę maitinimo šaltinio galią ir mažiau įkaista, todėl jam nebereikia sudėtingų mechaninių ventiliatorių.

   Asinchroniškus komponentus turintys prietaisai jau pradeda išsikovoti vietą rinkoje. Olandijos elektronikos milžinas Philips sukūrė gudriosioms kortelėms ir peidžeriams skirtą asinchronišką mikroschemą. Peidžeriai, kuriuose panaudoti tradiciniai lustai, yra trikdomi pačių lustų generuojamų elektromagnetinių bangų. Philips pagamino peidžerį su asinchronišku lustu, kuris nuolat ieško radijo signalų ir sunaudoja mažiau elektros energijos.