Изобретая будущее: Интервью

В микроэлектронике уже более 50 лет работает закон Мура, гласящий, что количество транзисторов на чипе удваивается каждые 18 месяцев. Плотность упаковки транзисторов увеличивается за счет уменьшения их размеров. Сейчас минимальный элемент полупроводникового чипа имеет размер 22 нм. В ближайшие несколько лет мы подойдем к единицам нанометров, а это уже порядка атомных масштабов — и тогда закон Мура перестанет работать. Это будет конец кремниевой электроники.

ПМ: Это означает, что электроника зайдет в тупик?

Кремниевая — да, но на смену ей придет углеродная электроника на основе графена. Это будет очередная (не первая и не последняя) революция, которая увеличит количество транзисторов на чипе в тысячу раз: с миллиардов до триллионов. В том числе за счет трехмерной архитектуры, которая позволит увеличить плотность упаковки элементов и объединить на одном чипе множество принципиально разных устройств. Например, оптические коммутаторы и процессоры в качестве одного из «этажей» такого чипа позволят увеличить скорость обработки информации в 15 раз, уменьшив при этом размеры на 90% и сократив энергопотребление на 75%. Правда, с трехмерной архитектурой на первый план выйдут вопросы охлаждения. Разработки в этом направлении ведутся, у IBM уже есть прототипы чипов с микроканалами, по которым продувается гелий. К тому же углеродная электроника менее требовательна к температурным режимам.

ПМ: То есть вычислительные мощности будут увеличиваться за счет более плотной упаковки транзисторов?

Для увеличения вычислительных мощностей важна не только плотность размещения элементов, но и вопрос оптимизации вычислений. Одна из современных инициатив в этой области — системы с оптимизацией нагрузки (workload optimized systems). Фактически это возврат к тем временам, когда компьютеры строились и оптимизировались под конкретные задачи не только с помощью программного обеспечения, но и аппаратно — путем изменения архитектуры. На уровне микрочипов такое сейчас решается применением программируемых пользователем вентильных матриц (ППВМ, FPGA — field-programmable gate array). Использование систем с оптимизацией нагрузки позволит увеличить вычислительные мощности еще в тысячу раз и перейти от петафлоп к экзафлопам. Разумеется, снизится удельное энергопотребление, размеры и цена вычислений. Скажем, нынешний суперкомпьютер IBM Blue Gene/P производительностью порядка 1 петафлопа занимает 72 стойки, а через десять лет такой же компьютер будет занимать 1/3 стойки и потреблять энергии в 50 — 100 раз меньше.

ПМ: А найдутся ли задачи для столь мощных суперкомпьютеров?

Да, потому что в ближайшее десятилетие нас ждет увеличение объема цифровых данных — от тысяч до миллионов раз! Это связано с появлением «интернета вещей» (Internet of things) — ситуации, когда к интернету будет подключено на несколько порядков больше устройств, чем живых пользователей сети. К интернету уже подключены не только смартфоны и телевизоры, но и автомобили, счетчики электричества и воды, холодильники, стиральные машины, видеокамеры наблюдения, системы учета автомобильного трафика и многие другие устройства. Генерируемые ими данные (а это многие терабайты) нужно обрабатывать в реальном времени или с очень небольшой задержкой (миллисекунды), а для этого как раз и нужны суперкомпьютеры. Все это сделает жизнь современного жителя мегаполиса комфортнее и безопаснее.

ПМ: Насколько хорошо будет защищен «Интернет вещей» от взлома?

Если кто-то из индустрии информационных технологий скажет вам, что его система абсолютно взломоустойчива, знайте, что он профессионально непригоден. Любая защита — это вызов, и хакеры его всегда будут с удовольствием принимать. Я и сам в юности увлекался «взломом» сетей — правда, не компьютерных, а телефонных (интернета тогда не было). Не существует лучшего способа узнать, как устроена вещь, чем сломать ее и посмотреть, что внутри. Хакеры на самом деле помогают защищать компьютерные системы, обнаруживая бреши в защите, и многие компании даже платят за это. Любая уязвимость рано или поздно будет обнаружена, и пусть уж лучше ее обнаружат люди, не имеющие злых намерений.

ПМ: Не приведет ли увеличение мощности компьютеров к появлению искусственного интеллекта?

По мере увеличения вычислительных мощностей вполне можно считать, что мы приближаемся к искусственному разуму. Например, суперкомпьютеру IBM Watson, построенному в 2007 году на основе 90 серверов IBM Power 750, приписывают «разумность» — по причине того, что он после трех лет обучения выиграл в телевикторине Jeopardy. На самом деле Watson не обладает никаким разумом — это всего лишь очень гибкая база данных с адаптивными правилами поиска. Это очень мощный, но специализированный инструмент для определенного круга задач (например, сейчас Watson вполне успешно помогает врачам ставить диагнозы). Он раскладывает проблему, составляет сотни и тысячи гипотез, которые затем проверяет методом перебора, выделяя наиболее вероятные. Это статистический анализ, именно так в мозгу человека идет распознавание образов. Вот только Watson потребляет 85 кВт электроэнергии, а система его охлаждения весит более 20 т. А мозг человека потребляет 50 Вт и при этом практически не греется. А если греется, то кружки пива бывает достаточно для охлаждения. Правда, у человеческого мозга другая архитектура- нейронная сеть из 25 млрд нейронов, которые образуют между собой более 10¹⁴ связей. Нейрочипы пока могут похвастаться всего 100 нейронами и 100 000 связей. Человеческих показателей они достигнут не ранее 2020 года.

ПМ: А распределенные вычислительные сети не могут стать основой для создания искусственного интеллекта?

Сейчас рекорд вычислительной мощности принадлежит не суперкомпьютеру, а распределенной сети Folding@home, объединяющей обычные ПК и игровые приставки Sony Playstation по всему миру и рассчитывающей фолдинг белков по программе, разработанной в Стэнфордском университете. Кстати, сейчас уже стало возможным создание распределенных сетей нового типа. Скажем, современные смартфоны имеют вполне серьезные вычислительные мощности, оснащены множеством датчиков и стандартными интерфейсами для подключения к беспроводным сетям. Поэтому их вполне можно использовать как «кирпичики» для построения мощнейшей распределенной вычислительной сети. Может быть, именно в такой сети и зародится настоящий искусственный интеллект?

ПМ: А вы не боитесь того, что, обретя разум, смартфоны взбунтуются?

(Смеется.) Иногда мне кажется, что они уже захватили мир — ведь мы уже не можем без них обойтись!