خطة التقنيات الحرجة: قراءة في تقرير الكونجرس للتقنيات المتطورة الصادر في 1990

بنهاية الحرب الباردة وانهيار الاتحاد السوفيتي و انحسار دوره العالمي سياسيا و اقتصاديا, كان صناع القرار الامريكيين منشغلين بمجموعة تساؤلات آخرى عن مستقبل العالم بعد الحرب الباردة, و في سنة 1989 صدر تقرير مشترك عن الكونجرس و البنتاجون بعنوان "خطة وزارة الدفاع للتقنيات الحرجة" Department of Defense Critical Technologies Plan for the committees on Armed service, و كان هذا التقرير يتحدث عن متطلبات فرض السيطرة العسكرية في الخمس و عشرين عاما التي تلي صدور التقرير, حيث منح التقرير اهمية قصوى للتقنيات العلمية المتقدمة على اي نوع اخر من الحلول و الإستراتيجيات العسكرية المتعارف عليها في ذلك الوقت, و ليس هذا فقط, انما استفاض في شرح بعض الجوانب العلمية و العلمية لهذه التقنيات و الدول التي تمتلكها و تمتلك الإمكانيات لتطويرها في اضافة مهمة لجانب "التنافسية" و تحديد مصادر الخطر المحتملة مسبقا في حال وقوع اي من هذه التقنيات الحرجة في ايدي عدو او دول "مارقة", و حوي التقرير ذا المائة و اربعون صفحة التقنيات التالية, دعونا نسردها سريعا قبل ان نختار التركيز و التدقيق على تقنية معينة:

-    الدوائر المتكاملة متناهية الصغر و طرق تصنعيها.Microelectronic circuits and their fabrication
-    طرق اعداد مركبات اشباه الموصلات و الجاليوم أرسنايد GaAs. Preparation of GaAs and other compound semiconductors.
-    إنتاج البرمجيات. Software producibility
-     المعماريات الحوسبية المتوازية.Parallel computer architecture
-    الذكاء الاصطناعي و تقنيات الانس-آلية.Machine intelligence and robotics
-    المحاكاة و التصميم الرياضي.Simulations and Modelling
-    البصريات المتكاملة.Integrated Optics
-    الالياف الضوئية. Fiber optics
-    الرادارات الحساسة.Sensitive Radars
-    المجسات السلبية.Passive Sensors
-    التعرف الآلي على الاهداف.Automated Target Recognition
-    المصفوفات المرحلية.Phased Array
-    دمج المعلومات.Data Fusion
-    التحكم الآثاري. Signature Control
-    حسابيات الموائع الديناميكية.Computational Fluid Dynamics
-    الدفع النفاس.Air-breathing propulsion
-    موجات الميكروويف عالية الطاقة.High power microwaves
-    الطاقة النبضية.Pulsed power
-    المقذوفات بالغة السرعة.Hypervelocity projectiles
-    المركبات عالية الاحتمال الحراري, عالية الصلابة, خفيفة الوزن.High temperature/high strength/Light-weight composite materials.
-    المواد بالغة التوصيل.Superconductivity

-    المعالجة و المواد التكنوحيوية. Biotechnology materials and processing  

و يستطيع اي مهندس او عالم او متخصص في العلوم التطبيقية تأكيد ان هذه التقنيات هي اساس التقدم في تخصصه و مجال عمله في وقتنا الحالي, و ان العلم الحديث اعتمد و مازال على هذه التقنيات, و ان السيطرة الاقتصادية و العسكرية و السياسية في عالمنا المعاصر مرتبطة كل الارتباط بهم و بقدرة الامم على التفوق في هذه الفروع.
قبل استكمال القراءة, تذكر ان هذا التقرير خرج الى النور سنة 1989, اي منذ 28 عاما من تاريخ كتابة هذا المقال, و اذا كنت في الاربعين من العمر او اكبر فلسوف تتذكر كان شكل العالم و الحياة اليومية قبل توغل هذه التقنيات المتقدمة في حياتنا و تغييرها الى شكلها الحالي, تستطيع تذكر الايام حيث كان الحاسب الشخصي او المحمول غالي الثمن, ضعيف الامكانيات, و امتلاكه يعتبر نوع من رفاهية الباهظة, او الايام الاولى لشبكة الانترنت بطيئة السرعة و قليلة المحتوى.
كانت هذه الفقط المقدمة لما اريد, تقنية الذكاء الصناعي او المعروفة بعدة مسميات مثل:

 Artificial intelligence,

 Machine Intelligence,  
Machine learning,
Cognitive learning,
 Deep learning

 و غيرها من المسميات العلمية, و التي تعتبر في وقتنا الحالي, مع تقنيات البرمجة و دمج المعلومات, هم اساس الثورة التكنولوجية الحالية.  
Machine Intelligence / Robotics  هو عنوان الباب الخامس من الملحق "أ" في التقرير, و ينقسم هذه الباب الى خمسة مقاطع, الاول هو مقدمة سريعة عن مجال الذكاء الصناعي, اما الثاني فيتحدث عن تأثير هذا المجال على التسليح, المقطع الثالث يسرد بشكل ملخص خطط البحث و التطوير من جانب الولايات المتحدة في هذا المجال على مدى احدى عشر عاما التي تلي صدور التقرير نهاية بعام 2000, المقطع الرابع يتحدث عن البحث و التطوير في المجالات المساندة لمجال الذكاء الصناعي مثل الشبكات العصبية Neural .Networks, 

اما المقطع الخامس, و هو اكثر المقاطع إثارة يتحدث عن "التنافسية" في هذا المجال بين الولايات المتحدة و منظمة حلف شمال الاطلسي (ناتو) من ناحية, و من ناحية اخرى دول حلف وارسو (وقت ان كان قائما), اليابان و الدول الآخرى التي نجحت في في الوصول الى نتائج قوية في بحوث الذكاء الصناعي و يذكر على وجه التحديد دولتي السويد و فنلندا, و قد تصيبك الدهشة (او لا تصيبك) ان يضع التقرير اليابان على قمة القائمة من كل نواحي البحث و التطوير و التصنيع في هذا المجال, متفوقة على الولايات المتحدة و دول الناتو مجتمعة, بينما دول حلف وارسو متأخرة عن الولايات المتحدة و حلفائها في بعض اوجه البحث و التطوير, مما يعني انهم بدأوا طريقهم في المجال.

النسخة الالكترونية من التقرير متاحة للعامة هنا: 

https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA219300.pdf

Reverse Engineering 101 – I’ve got the power: Finding Power Nodes

 In the previous article different techniques were discussed on how to find “signal return path” or ground nodes on an unfamiliar board without any schematics. In this article the goal is to show techniques for finding power planes, traces and nodes.
- Locate the main power input, any board shall be powered using one of the following sources:

• AC/DC wall adapter.
• Direct 110V/60Hz or 220V/50Hz AC mains.
• Stepped-down AC input.
• Battery-powered, with or without charging circuitry.

In the case of a wall adapter, then the output voltage is probably noted on it.
- Locate the power supply circuitry: power supplied from the adapter or AC mains will go into a power supply circuitry for rectification, filtering, stepping-up or -down, and distribution, identifying the main components of this circuit will depend on the type of input power:

- For DC input power via an AC/DC wall adapter, the power can be directly supplying function circuitry without a power supply/management circuitry. In this case it is easy to measure the voltage using a DMM.

In the case of a sophisticated system such as a computer motherboard, multiple DC voltages are required to power different circuits on the board such as 3.3V, 5V, 12V, -5V, now you must track the input power going to the power management section of the board, it is important to identify what type of power management is used, such as:

• Linear Voltage Regulator.
• Low Dropout Regulator.
• DC-DC converter (Buck, Boost, Buck-Boost type).
• Zener diode-based voltage regulation.

Identify the input and output(s) of the power management circuit from the datasheets of the components used, make sure to measure and document the voltage at the output pins.
After powering off the system, you can use the continuity tester to trace the power distribution to other parts of the board.  
o    For direct 110V/60Hz or 220V/50Hz AC mains or stepped-down AC input, the power must be rectified and filtered off ripples, so, look for a step-down transformer, a full-wave bridge rectifier, or a simple two-diode full-wave rectifier in case of center-tapped step-down transformer is used. Sometimes a single-diode half-wave rectifier is used instead in inexpensive products, though not very common.
Once you have identified the rectified output location on the board, use the DMM or continuity tester (in a similar fashion mentioned in the previous point) to trace the power distribution to different components.
o    For battery-powered systems, identify whether the batteries used are disposable or rechargeable type.

• For disposable batteries, it is easy to identify the output voltage and track power input traces for disposable batteries as voltage is noted on commercially available batteries.
• For rechargeable batteries, identify whether the battery charging circuitry is part of the power management system or not. Once identified, trace the battery wiring to the board, again, use the continuity tester or DMM to trace power distribution to different components.

-    Locate special function integrated circuits and check their datasheets for power input pins, usually it is called VDD, VCC, AVDD, Vs, Vin, or a similar acronym. Measure the voltage at these pins and compare it to measured voltage from the power supply circuitry.

Reverse Engineering 101 - All roads lead to Rome: Finding the return path

 When examining any electrical system, even a simple two wire chord, it is essential to identify the return path of the electric current, which is the circuit ground in case of DC or neutral in case of AC. To do so with circuit boards without a schematic or a system seen for the first time there are few tips the reader can follow such as:

• Look for standard connectors such as USB, RS-232/485, barrel jack connector, DC power input connector such as terminal blocks...etc., all these connectors have a “ground” pin noted in the connector’s standard that can be identified easily, and usually it is connected to the circuit board common ground plane/traces.

• Look for power management components such as voltage regulators, LDOs, DC-DC converters and their controllers, battery BMS, full-wave rectifiers, decoupling capacitors, from the datasheet you can identify the ground pin and using the DMM’s continuity tester you can trace it to the circuit board’s ground.
• From the IC datasheet try to identify the ground pin in any of the integrated circuits on the circuit board, ICs such as processors, logic circuits, timing, silicon oscillators have a ground pin connect to the board’s ground.
• Look for LED indicators, as they can be directly connected to ground but that varies between different designs (especially when current-sink LED driver is used, the LED isn’t connected directly to ground).
• Avoid discrete components to some extent as some of them might not have a direct connection to the signal return path such as inductors and power MOSFETs in some DC-DC converter designs.
• Tracing ground through analog components that operates from a dual power supply (+/- power supply) must be done carefully to avoid confusing the board’s ground with the negative power supply.

In the picture below of D-Link DIR-615 WIFI router main board, you can easily trace the ground plane through the barrel power connector, the copper pour on the board's top layer, or the ground pin of any of the integrated circuits show, and maybe through the indicator LEDs depending on the their connection to corresponding GPIO pins as current-source or current sink.

 

USB 2.0 (top left), USB-C (top right), and RS-232 (bottom left) Connector’s Pinout

 (All figures from Wikipedia)

D-Link DIR-615 WIFI Router main board