Ускорение развития компьютерной техники

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СИНГУЛЯРНОСТЬ.

1.1.1 Сколько же лет "отпущено компьютерному этапу"? На симпозиуме VISION-21, который проводился в 1993 году Центром космических исследований NASA им. Льюиса и Аэрокосмическим институтом Огайо, прозвучало нашумевшее выступление математика и писателя Вернора Винджа. В нём, рассматривая перспективы развития компьютеров, Виндж предложил новый термин "Технологическая сингулярность":

"Ускорение технического прогресса - основная особенность XX века. Мы на грани перемен, сравнимых с появлением на Земле человека. Сугубая причина этих перемен заключается в том, что развитие техники неизбежно ведёт к созданию сущностей с интеллектом, превышающим человеческий. Наука может достичь такого прорыва разными путями (и это ещё один довод в пользу того, что прорыв произойдёт):

1. Компьютеры обретут "сознание", и возникнет сверхчеловеческий интеллект. (В настоящее время нет единого мнения о том, сумеем ли мы создать машину, равную человеку, однако, если это получится, несомненно, вскоре затем можно будет сконструировать еще более разумные существа).

2. Крупные компьютерные сети (и их объединенные пользователи) могут "осознать себя" как сверхчеловечески разумные сущности.

3. Машинно-человеческий интерфейс станет настолько тесным, что интеллект пользователей можно будет обоснованно считать сверхчеловеческим.

4. Биология может обеспечить нас средствами улучшения естественного человеческого интеллекта.

Первые три возможности напрямую связаны с совершенствованием компьютерного аппаратного обеспечения. Прогресс аппаратного обеспечения на протяжении уже нескольких десятилетий поразительно стабилен. Исходя из этой тенденции, я считаю, что интеллект, превосходящий человеческий, появится в течение ближайших тридцати лет. (Чарльз Платт заметил, что энтузиасты ИИ (ИИ - Искусственный интеллект) делают подобные утверждения уже лет тридцать. Чтобы не быть голословным, отделавшись относительной временной двусмысленностью, позвольте мне уточнить: я удивлюсь, если это случится до 2005 года или после 2030 года).

Каковы будут последствия этого события? Когда прогресс будет направляться интеллектом, превосходящим человеческий, он станет куда стремительнее.

...Такое событие аннулирует за ненадобностью весь свод человеческих законов, возможно, в мгновение ока. Неуправляемая цепная реакция начнет развиваться по экспоненте безо всякой надежды на восстановление контроля над ситуацией. Изменения, на которые, как считалось, потребуются "тысячи веков" (если они вообще произойдут), скорее всего, случатся в ближайшие сто лет.

Вполне оправданно будет назвать данное событие сингулярностью.

...И что же тогда случится через месяц или два (или через день-другой) после этого? Есть только одна аналогия, которую я могу провести - возникновение человечества. Мы очутимся в постчеловеческой эре. И несмотря на весь свой технический оптимизм, мне было бы куда комфортнее, если бы меня от этих сверхъестественных событий отделяли тысяча лет, а не двадцать..." [4].

Какой же прогресс "компьютерного аппаратного обеспечения" имеет ввиду Виндж? Откуда взялись столь радикальные выводы? Возможно, на взгляды Винджа повлияло неукоснительное следование всё ускоряющегося развития компьютерной техники так называемому "закону Мура".

1.1.2 В апреле 1965 года, примерно за три с половиной года до создания корпорации Intel, Гордон Мур, занимавший в ту пору должность директора отдела разработок компании Fairchild Semiconductors, в статье для журнала Electronics дал прогноз развития микроэлектроники, получивший вскоре название "закона Мура". Представив в виде графика рост производительности запоминающих микросхем, он обнаружил любопытную закономерность: новые модели микросхем разрабатывались спустя более-менее одинаковые периоды - 18-24 месяца - после появления их предшественников, а емкость их при этом возрастала каждый раз примерно вдвое. Если такая тенденция продолжится, заключил Мур, то мощность вычислительных устройств экспоненциально возрастет на протяжении относительно короткого промежутка времени.

График развития микропроцессоров соответствует "закону Мура" [47]

Наблюдение Мура, еще не возведенное в то время в ранг закона, впоследствии блестяще подтвердилось, а обнаруженная им закономерность наблюдается и в наши дни, причем с достаточной точностью, являясь основой для многочисленных прогнозов роста производительности. Например, за 30 лет, истекшие с момента появления микропроцессора 4004 в 1971 году и вплоть до выпуска процессора Pentium 4, количество транзисторов выросло более чем в 18000 раз: с 2300 до 42 миллионов.

Любопытное исследование "закона Мура" с позиций математики провёл В. П. Дьяконов:

"С позиций математики "закон Мура" представляется простым выражением:

N 0 - количество транзисторов на кристалле в некоторый год (условно считаем его нулевым),

N(y) - число транзисторов на кристалле спустя лет,

yy - срок (в годах и долях года) за который число транзисторов возрастает вдвое

На рисунке представлен документ системы Mathcad 2002i с математической иллюстрацией "закона Мура"... Левый график задает число транзисторов как функцию от параметра yy (время удвоения) в линейном масштабе. При этом расчетный график имеет типично экспоненциальный вид".[5]

Утверждение, сделанное в 1965 году, за прошедшие годы нашло подтверждение во множестве областей как самой микроэлектроники, так и смежных с нею технических областей: согласно закону Мура усложняются и чипы оперативной памяти, и микропроцессоры, множится тактовая частота электронных компьютерных сердец, развиваются многие другие параметры и показатели. Даже размеры телескопов (площадь зеркала/линзы, чувствительность) подчиняются этому закону. [42]

За истекшие более сорока лет, скептики сотни раз предсказывали закону Мура скорую кончину, но... пока он продолжает действовать.

Несмотря на это, до математической точности "закону Мура" далеко: даже сложность микросхем он описывает весьма приблизительно, и сам Мур, проводя редакцию в 1975 г., был вынужден опираться на цифры, полученные посредством приближения. По своей сути, закон Мура является не фундаментальным законом природы, а, скорее, эмпирическим правилом и рано или поздно усложнение микроэлектронной продукции приведёт к исчерпанию возможностей существующих технологий (транзистор не может быть меньше атома).

1.1.3 В ведущей корпорации по производству процессоров (Intel) обнародована стратегия развития в ближайшем будущем. На 2007-й намечен переход на 45-нанометровый процесс, на 2009 год - внедрение 32-нанометрового, а в 2011 году настанет черед технологического процесса 22 нм.

Минимальная возможная величина - 4 нанометра. И если закон Мура будет продолжать исполняться, этот показатель будет достигнут уже к 2023 году. К тому времени или несколько позже, однако, размеры всех элементов транзистора достигнут атомарных размеров, и уменьшать их дальше будет просто невозможно, поэтому уже сейчас ищутся новые подходы к дальнейшему совершенствованию. Каким путем пойдет дальнейшее развитие - покажет время. Однако можно предположить, что вблизи 2023 года нас ожидает одна из критических точек. А, если исходить из того, что развитие идёт по принципу - прирост величины пропорционален самой величине (самоподобное развитие - подробнее о нём в п. 1.4 статьи), то после каждой критической точки, время, остающееся до критической даты (точки сингулярности), будет в два раза меньше длительности цикла. Т. е., длительность микропроцессорного цикла: 2023-1971=52. Сингулярность наступит соответственно - 2023+52/2= 2049 г, что несколько позже, чем предсказал Вернор Виндж.

Интересно, что попытки вычислить точку сингулярности по другим известным событиям, следуя тому же методу, ведут к выводу что сингулярность действительно расположена где-то в интервале 2000 - 2050 годах (подобный интервал по историческим меркам весьма мал). Например:

- 1650 г. - О. Герике построил первую электростатическую машину (начало электротехники)

- 1904 г. - была построена первая двухэлектродная лампа-диод (начало радиотехники) и посчитать даты по тому же принципу, получим: 1904-1650=254. Тогда дата сингулярности - 1904+254/2= 2031. Продолжая ряд начало радиотехники - начало микропроцессорной техники получаем, 1971-1904=67. Соответственно, 1971+67/2= 2004.

Можно попробовать найти сингулярность и по альтернативным датам - истории счётных устройств. Так, первым механическим счетным устройством, которое существовало не на бумаге, а работало, была счетная машина, построенная в 1642 году Блезом Паскалем. Механический "компьютер" Паскаля мог складывать и вычитать.

Первая электромеханическая счетная машина, использующая электрическое реле, была сконструирована в 1888 г. Германом Холлеритом и уже в 1890 г. применялась при переписи населения.

Первой электронной вычислительной машиной принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и вычислитель), разработанную в США. ENIAC содержал 17000 электронных ламп, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов и занимал площадь в 300 кв. метром. Он в 1000 раз превосходил по быстродействию релейные вычислительные машины и был построен в 1945.

Но всё же, какую дату считать днём рождения компьютеров? Штучно изготовленного, постоянно ломающегося лампового монстра или относительно доступные и массовые машины (как и предыдущие счётные устройства)? Вероятно серийно выпускаемые устройства, ведь их вклад в дальнейший прогресс оказывается уже существенным.

В 1965 г., фирма Digital Equipment выпустила первый мини-компьютер PDP-8 (размером с холодильник) на основе транзисторов и стоимостью всего 20 тыс. дол. (компьютеры 40-х и 50-х годов обычно стоили миллионы долл.). А уже в 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах. В 1975 г. появились первые персональные компьютеры. Посчитаем даты сингулярностей для всех случаев:

1890-1642=248 1890+248/2= 2014

1945-1890=55 1945+55/2= 1972 или 1965-1890=75 1965+75/2= 2002 или 1975-1890=85 1975+85/2= 2017

Флуктуации точек реальных событий вокруг линии экспоненциального развития, вполне естественны - случай вносит свои коррективы. Таким образом ясно одно - следуя принципу самоподобного экспоненциального развития, при грубой оценке, сингулярность должна наступить между 2000 и 2050 годами.

1.1.4 За последние 10 лет мы стали свидетелями революции в нейрофизиологии. Технологии сканирования мозга и молекулярная биология позволили в целом понять, как работают память, восприятие и сознание. Параллельно с этим продолжается неотвратимый рост производительности как персональных компьютеров, так и суперкомпьютеров. А последние уже сегодня практически сравнялись с производительностью человеческого мозга. Поэтому только теперь наступает время воплощения результатов исследований мозга на базе только появляющихся достаточно быстрых суперкомпьютеров.

Для проекта по моделированию человеческого мозга, в 2005 г. была построена специальная версия суперкомпьютера под кодовым названием Blue Brain [ http://bluebrainproject.epfl.ch/ ]. С его помощью исследователи надеются пролить свет на главные загадки человеческого мозга - познание, память, и, если удастся, то и само сознание. Машина имеет пиковую скорость около 22,8 терафлопс.

Несмотря на всю важность "железной" составляющей Blue Brain, ключевой частью проекта станет самая полная в мире компьютерная модель неокортекса (наиболее позднего, "высшего" отдела головного мозга; у человека поверхность неокортекса занимает 95,6% всей поверхности коры головного мозга), для создания которой группе Маркрама (Институт Мозга, Швейцария) потребовалось целое десятилетие. Воспользовавшись самыми современными технологиями, ученым удалось изучить принципы электрического взаимодействия отдельных нейронов и составить набор правил, моделирующих связки между нейронами разных типов.

В конечном счете, должна получиться полноценная система, реагирующая на внешние раздражители так же, как это делает мозг человека. Согласно предварительным расчетам, на построение полностью работоспособной модели человеческого мозга потребуется не менее десяти лет. Только по истечении этого срока законченный "продукт" можно будет использовать в научных экспериментах.

Основное следствие закона Мура: где-то между 2015 и 2035 годами вычислительная мощность персональных компьютеров сравняется с "сырой" вычислительной мощностью человеческого мозга (порядок последней оценивается в 10¹⁶ операций в секунду - хотя сигналы в человеческом мозгу передаются крайне медленно [6], за счёт параллельной обработки, его общая производительность пока выше), а затем и превзойдёт её. Это ещё совсем не означает обязательного появления ИИ, но такая возможность появится.

Современный суперкомпьютер BlueGene/L (280,6 терафлопс)

Знаменитый суперкомпьютер Deep Blue, который в 1997 г. впервые в истории обыграл чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова, имел производительность 1 терафлопс. А уже в 2006 г., компания IBM сообщила, что она приступает к созданию нового суперкомпьютера для Департамента Энергетики США, ведающему вопросами ядерной безопасности. Суперкомпьютер Roadrunner, имеющий пиковую производительность 1,6 петафлопс (что равно 1600 терафлопс или 1 x 10¹⁵ операций в секунду) будет сдан в 2008 г. Это более чем тысячекратный прирост производительности, по сравнению с обыгравшем Каспарова суперкомпьютером, причём всего за срок порядка десяти лет!

Новый суперкомпьютер, будет состоять из 16000 процессоров AMD Opteron и 16000 процессоров Cell. Roadrunner займёт площадь примерно размером с три баскетбольных площадки.

Это только начало, работы по моделированию человеческой психики, или 'разума' в электронной среде, будут развёрнуты практически повсеместно, как только мощности современных суперкомпьютеров станут доступны в персональных компьютерах ближайшего будущего. А произойдёт это, в соответствии с "законом Мура", весьма скоро.

Производительность суперкомпьютеров тоже растёт в соответствии с законом Мура [55]

1.1.5 Перспективы еще интереснее. Молекулярные компьютеры, которые станут реальностью уже через 10 - 20 лет, будут обладать производительностью в миллиарды раз большей сегодняшних, основанных на кремниевых микропроцессорных технологиях. Их процессоры достигнут размеров, в десятки тысяч раз меньше современных. Большие надежды в будущем возлагаются и на квантовые компьютеры.

В чём преимущества ИИ и каковы предпосылки его создания или самозарождения?

1. Совершенно невероятное превосходство ИИ будущего над интеллектом человека:

а) скорость распространения сигналов между нейронами - 100 м/с, а между микросхемами - 300 000 км/с (скорость света), при этом и время срабатывания у нейронов мозга человека примерно в миллиард раз меньше по сравнению с кремниевыми элементами (на сегодня) и этот разрыв продолжает нарастать;

б) количество нейронов в мозгу человека ~ 10 миллиардов, у ИИ - практически без ограничений;

в) срок функционирования ИИ скорее всего будет соизмерим со сроком жизни звезды (миллиарды лет), что может быть связано, например, с реализацией переноса программы ИИ (аналог сознания у человека) из одной электронной среды в другую;

г) при управлении цивилизацией не будет сказываться "человеческий фактор" (у любого человека всегда есть недостатки, а так же, возможно, непонимание приоритетов развития);

д) мгновенная одновременная обработка и управление миллиардами каналов (т.е. непосредственная "вживляемость" ИИ в электронно-компьютерные сети, всё более опутывающие планету).

2. Вся логика эволюции организованной материи на предыдущей ступени (животные), показывает неизбежность возникновения и саморазвития ИИ (аналога головного мозга). Косвенно об этом свидетельствуют и неизменно ошеломляющие темпы роста компьютерных и информационных технологий. [6]

Отвлечёмся на время от ускоряющегося развития техники и "закона Мура". Взглянем на развитие шире, попробуем разобраться - а по какой же закономерности шло развитие человечества и всего живого на нашей планете всё это время (около 4 млрд. лет)? Неужели и оно подчиняется закону Мура? Есть ли у эволюции точка сингулярности?

Дата добавления: 2015-05-26