Будущее компьютеров: каково оно?

Создано 16.09.2012 14:37

Автор: Евгений

В 1958 году инженер компании «Texas Instruments» по имени Джек Килби нанес узор на поверхность чипа из полупроводникового германия 11 миллиметров в длину, создав, таким образом, первую в мире интегральную схему. Так как эта схема содержала лишь один транзистор – что-то вроде миниатюрного переключателя – чип мог сохранять только один бит информации: либо 1, либо 0 в зависимости от конфигурации транзистора.

С тех пор инженеры с поразительным постоянством ежегодно удваивают количество транзисторов в компьютерных чипах. Им это удается путем уменьшения вполовину размеров самих транзисторов. На сегодняшний день, после десятков повторений этого цикла удвоения и уменьшения вполовину, размеры транзисторов составляют лишь несколько атомов, а обычный компьютерный чип содержит до 9 миллионов таких транзисторов на квадратный миллиметр. Компьютеры с большим количеством транзисторов могут выполнять больше вычислений в секунду и становятся все мощнее. Удвоение мощности компьютеров каждые два года известно как закон Мура в честь инженера компании «Intel» Гордона Мура, первым заметившего эту тенденцию в 1965 году.

Закон Мура объясняет потерю популярности прошлогодних моделей ноутбуков и, несомненно, сделает технические новинки следующего года поразительно маленькими и мощными в сравнении с современными устройствами. Но если не принимать во внимание спрос потребителей, куда же, в конечном счете, направлен этот экспоненциальный рост компьютерной мощности? Станут ли компьютеры в итоге умнее людей? И остановятся ли они когда-либо в развитии мощности?

Сингулярность

Многие ученые считают, что экспоненциальный рост компьютерной мощности неизбежно ведет к моменту в будущем, известного как сингулярность, когда компьютеры достигнут уровня человеческого разума. И, по мнению многих, этот момент не за горами.

Физик Рей Курцваль, считающий себя футуристом, предвидит, что компьютеры в течение двух десятилетий сравняются с человечеством. В прошлом году он заявил, что инженерам удастся воссоздать мозг человека к середине 2020-х годов, а к концу того же десятилетия компьютеры достигнут уровня человеческого разума.

Вывод основан на основе проецирования закона Мура в будущее. Если мощность компьютеров и далее будет удваиваться каждые два года, то, как объясняет выдающийся профессор компьютерных наук и новатор в сфере компьютерных технологий Питер Деннинг, к 2030 году любая технология, используемая нами, будет значительно меньше. Благодаря этому мы сможем поместить все вычислительные способности человеческого мозга в физический объем размером с сам мозг. По мнению футуристов, именно это и нужно для искусственного разума. С этого момента компьютер начинает мыслить самостоятельно.

Что случится далее – непонятно, и именно над этим вопросом раздумывают ученые со времен рассвета компьютерных технологий.

«Как только будет найден метод заставить машину думать, немного времени уйдет на то, чтобы превзойти нас с нашими скромными возможностями, - отметил в 1951 году Алан Тюринг в своей работе «Мыслящие машины: еретическая теория». – Потому нам следует ожидать, что на каком-то этапе машины обретут контроль». Британский математик И.Дж. Гуд считал, что «сверхразумные» машины после своего появления смогут спроектировать еще более эффективные машины. «Это, безусловно, станет этапом бурного развития интеллекта, и разум человека останется далеко позади. Таким образом, первая сверхразумная машина – это последнее, что человеку вообще следует изобретать», - писал он.

Шумиха вокруг грядущей сингулярности возросла до того, что в следующем месяце даже готовится к появлению книга «Приближение сингулярности», автором которой стал Джеймс Миллер, доцент кафедры экономики колледжа Смита. В этой работе рассказывается о том, как выжить в мире после появления сингулярности.

Обработка данных по типу мозга

Однако не все верят в понятие сингулярности или считают, что мы ее когда-либо достигнем. «На сегодняшний день многие ученые, исследующие работу мозга, уверены, что его сложность настолько непостижима, что даже если нам и удастся построить компьютер, имитирующий его структуру, нам все же неизвестно, сможет ли получившееся устройство функционировать, как мозг», - отмечает Деннинг. Возможно, без сенсорных данных из окружающего мира компьютеры никогда не обретут самосознание.

Есть и другие мнения, в соответствии с которыми закон Мура либо будет нарушен вскоре, либо уже не действует. Аргументы основаны на том факте, что инженеры не могут сделать транзисторы еще меньше, чем сейчас, так как на данном этапе они уже ограничены размерами атома. «Так как транзистор состоит лишь из нескольких атомов, невозможно гарантировать, что они будут вести себя так, как предполагается», - объясняет Деннинг. В атомарных масштабах появляются загадочные квантовые эффекты. Транзисторы прекращают поддерживать единственное состояние, представленное единицей или нулем, и начинают непредсказуемо колебаться между двумя состояниями, что делает схемы и устройства хранения данных ненадежными. Еще одним лимитирующим фактором, считает Деннинг, является то, что транзисторы, переключаясь между этими двумя состояниями, производят тепло. Следовательно, слишком много транзисторов независимо от их размера, втиснутые в один кремниевый чип, будут вместе испускать столько тепла, что в итоге расплавят чип.

Потому некоторые ученые считают, что компьютерные способности приближаются к своему апогею. «Мы уже видим замедление закона Мура», - говорит физик-теоретик Мичио Каку.

Но если так, то для многих это новость. Дойн Фармер, профессор математики из Оксфордского университета, изучающий эволюцию технологий, заявляет, что для завершения закона Мура оснований мало, а данных для такого вывода недостаточно. По его словам, компьютеры становятся все мощнее, так как все больше напоминают мозг.

Компьютеры уже сейчас могут выполнять индивидуальные операции на порядок величин быстрее человека. Но в то же время мозг намного лучше справляется с параллельной обработкой данных, то есть выполнением нескольких операций одновременно. В основном, во второй половине прошлого столетия инженеры ускоряли компьютеры путем увеличения количества транзисторов в процессоре, но лишь недавно они взялись за распараллеливание компьютерных процессоров. Чтобы обойти проблему, когда в один процессор нельзя поместить дополнительные транзисторы, инженеры начали наращивать вычислительные способности путем создания многоядерных процессоров – систем чипов, производящих вычисления параллельно. Как объясняет Деннинг, вместо того, чтобы все больше и больше разгонять транзисторы, можно обеспечить параллельные вычисления на всех чипах. Он считает, что закон Мура, очевидно, продолжит действовать, так как теперь удваиваться каждые два года будет количество ядер в компьютерных процессорах. Будущее компьютеров: каково оно?

И так как распараллеливание является ключом к усложнению структуры, в каком-то смысле многоядерные процессоры заставят компьютеры работать быстрее мозга, заявляет Фармер.

Кроме того, в будущем есть возможность квантовых вычислений – относительно нового направления, пытающегося использовать неопределенность, присущую квантовым состояниям, для выполнения значительно более сложных вычислений, чем доступно современным компьютерам. Тогда как обычные машины хранят информацию в битах, квантовые компьютеры будут ее сберегать в кубитах – частицах, таких как атомы или фотоны, состояние которых взаимосвязано, вследствие чего изменение одной частицы повлияет на все остальные. Благодаря такой взаимосвязи единственная операция, выполняемая квантовым компьютером, теоретически позволит мгновенное выполнение непостижимо громадного количества вычислений, и каждая частица, добавленная в систему взаимосвязанных частиц, удвоит производительность компьютера.

Если физикам удастся освоить квантовые компьютеры, над чем многие и работают, действие закона Мура, несомненно, продлится далеко в будущее.

Конечная грань

Если закон Мура продолжится, и компьютерная мощность продолжит расти экспоненциально (благодаря либо человеческому гению, либо машинному сверхразуму), существует ли какой-то этап, на котором этот прогресс будет вынужден остановиться? Физики Лоренс Краусс и Гленн Старкман заявляют, что есть. В 2005 году они подсчитали, что закон Мура может в действительности действовать только до тех пор, пока компьютеры не израсходуют материю и энергию вселенной, которую можно использовать в качестве битов информации. В конечном итоге, компьютеры не смогут далее развиваться; они просто не будут способны поглотить достаточно материала для удваивания количества битов каждые два года.

Итак, если закон Мура продолжит работать так же точно, как до сих пор, когда же, по мнению Краусса и Старкмана, компьютеры остановятся в развитии? Расчеты указывают, что машины охватят всю доступную вселенную, превратив каждый бит материи и энергии в часть своих схем, через 600 лет.

Может показаться, что очень скоро. «Как бы то ни было, закон Мура экспоненциальный», - отмечает Старкман. Удваивать количество битов можно ровно столько раз, сколько доступно во вселенной.

Сам Старкман думает, что закон Мура будет нарушен задолго до того, как сверхкомпьютер поглотит вселенную. В действительности, считает он, машины перестанут развиваться примерно через 30 лет. Что случится потом – неизвестно. Мы можем достичь сингулярности – момента, когда компьютеры становятся сознательными, берут на себя контроль, а потом начинают самосовершенствоваться. А может, нет. Скоро выйдет новый доклад Деннинга под названием «Не расстраивайтесь, если не можете предвидеть будущее». В нем говорится о людях прошлого, безуспешно пытавшихся предсказать будущее.

Источник: MNN