Компьютерные технологии будущего

В 1971 году самым скоростным автомобилем в мире считался Ferrari Daytona, способный разогнаться до 280 км/ч. Самыми высокими зданиями высотой 415 метров были башни-близнецы в Нью-Йорке. В ноябре того же года Intel выпустил первый коммерческий однокристальный микропроцессор Intel  4004, содержащего 2 300 крошечных транзисторов, каждый размером с эритроцит.

С тех пор количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы постоянно увеличивается, как и прогнозировал один из основателей Intel Гордон Мур. По его эмпирическому наблюдению, известному как закон Мура, количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца, увеличивая тем самым производительность и снижая издержки. В современном процессоре Intel Skylake размещено около 1,75 миллиардов транзисторов, причем полмиллиона из них умещаются на  месте всего одного транзистора Intel  4004, а все вместе они обеспечивают производительность примерно в 400 000 раз мощнее, чем у своего прототипа. Этот экспоненциальный рост трудно соотнести с реальной действительностью. Если бы с такой же скоростью с 1971 года совершенствовались бы автомобили и небоскребы, то самая быстрая машина смогла бы разогнаться до одной десятой скорости света, а самое высокое здание уже было бы на полпути до луны.

Действие закона Мура хорошо прослеживается в нашей повседневной жизни. Сегодня 3 миллиарда человек пользуются смартфонами, каждый из которых намного мощнее, чем суперкомпьютер размером с жилую комнату из 1980-х. Цифровые технологии перевернули практически все отрасли промышленности. Применение компьютеров даже привело к сокращению ядерных испытаний, поскольку проводить виртуальные подрывы ядерных зарядов оказалось намного проще, чем реальные.  Закон Гордона Мура стал непреклонным: как в Силиконовой Долине, так и за ее пределами все убеждены, что с каждым годом технологии только совершенствуются.

Но сегодня, спустя пятьдесят лет, закон Мура перестает действовать. Уменьшение размеров транзисторов больше не гарантирует снижение их стоимости и увеличение производительности. Это не означает, что развитие компьютерных технологий может в одночасье остановиться, а лишь указывает на изменение самой сути этого развития. Процессоры будут также, как и прежде, совершенствоваться, но уже значительно медленнее (по словам Intel, сейчас производительность компьютеров увеличивается вдвое каждые два с половиной года). А будущее компьютерных технологий будет определено не только совершенствованием аппаратного оборудования, но и модернизацией трех других направлений.

Закона Мура больше не действует

В первую очередь, это программное обеспечение. На этой неделе AlphaGo, программа для игры в го, победила живого игрока Ли Седоля в двух партиях в серии из пяти игр в Сеуле. Исследователей искусственного интеллекта в го, восточноазиатской логической игре с древней историей и богатыми культурными традициями, привлекает сложность: число возможных позиций на игровом поле намного больше, чем частиц во вселенной. В результате, система игры в го для достижения победы не может полагаться только на «грубую вычислительную силу», предусматриваемую законом Мура. Программа AlphaGo основывается на технологии «глубокого изучения», смоделированной частично по аналогии с процессом работы человеческого мозга. Ее успех на этой неделе продемонстрировал, что значительное увеличение производительности можно достичь с помощью новых алгоритмов. Безусловно, замедление темпа развития аппаратного обеспечения придаст огромный стимул к созданию более интеллектуальных программ.

Второе направление – это «облачные» технологии. Когда компьютеры еще были отдельными автономными устройствами, будь то промышленные ЭВМ или персональные компьютеры, их производительность зависела, прежде всего, от скорости процессора. Сегодня компьютеры можно сделать намного мощнее без существенных изменений в «железе». Они могут подключиться к многочисленным (и гибким) «облачным» ресурсам, выполняя такие операции, как, например, поиск писем в электронной почте или расчет оптимального пути следования по заданному маршруту. А взаимосвязанность девайсов придает еще массу возможностей: смартфон выполняет функции спутниковой навигации, датчиков движения и системы электронных платежей, что является на сегодня не менее важным, чем скорость процессора.

Третьим направлением модернизации является новая компьютерная архитектура – набор типов данных, операций и характеристик каждого отдельно взятого уровня, оптимизированные под определенные задачи. В этом не было необходимости, пока стремительно развивались универсальные микропроцессоры, но сегодня процессоры разрабатываются специально под «облачные» технологии, использование нейронных сетей, компьютерное зрение и другие задачи. Такое специализированное аппаратное обеспечение встраивается в «облачный» сервис, и может быть задействовано в любое время. Таким образом, производительность девайса пользователя уже не имеет особо важного значения, поскольку вся нагрузка приходится не на него.

Скорость – это еще не все

Что это значит в действительности? Закон Мура никогда не был физическим законом, а всего лишь самостоятельно сбывающимся пророчеством – торжеством центрального планирования, с помощью которого сфера технологий координировала и синхронизировала свои действия. Прекращение его действия внесет меньше предсказуемости в темп технологического прогресса, а на его пути возникнут препятствия, поскольку новые способы улучшения производительности появляются без строгой периодичности. Но учитывая то, что большинство людей оценивают свои устройства не по скорости процессора, а по наличию возможностей и опций, эта тенденция в меньшей степени сказывается на конечном пользователе.

Для организаций конец действия закона Мура будет завуалирован поворотом к «облачным» технологиям. Предприятия уже стали реже обновлять свои компьютеры и перестали пользоваться собственными почтовыми службами. Однако эта модель зависит от быстрой и надежной связи, что усилит потребность в развитии сетевой инфраструктуры. А с плохой связью это будет сложнее, поскольку все обновления и апгрейды выполняет провайдер «облачной» службы в удаленном центре обработки данных.

Для самой технологической отрасли прекращение действия закона Мура усиливает логическую часть централизованного «облачного» сервиса, уже представленного несколькими крупными компаниями: Amazon, Google, Microsoft, Alibaba, Baidu и Tencent. Они делают все возможное для улучшения производительности своей «облачной» инфраструктуры. И они охотятся за стартапами, предлагающими новые решения: в 2014 году Google купила британскую компанию Deepmind, разработавшую программу AlphaGo.

Более 50 лет уменьшение размеров транзисторов вело к удешевлению компьютеров и к повышению их производительности. По мере завершения действия закона Мура развитие станет менее регулярным. Но компьютеры и другие устройства будут становиться все мощнее – другими, более разнообразными способами.