Конференція Високопродуктивні обчислення, Київ, 13-15 жовтня 2014

Винахідник майбутнього: інтерв’ю

Колеги називають Джона Кона футурологом, тобто людиною, яка здатна заглядати в майбутнє. Насправді, це не зовсім так. Він нічого не пророкує. Він один з тих людей, хто створює майбутнє.

Останні кілька десятиліть технічний прогрес пов'язаний з успіхами електроніки. Що чекає на нас у недалекому майбутньому в цій сфері?

У мікроелектроніці вже більше 50 років працює закон Мура, який свідчить, що кількість транзисторів на чипі подвоюється кожні 18 місяців. Щільність упаковки транзисторів збільшується за рахунок зменшення їх розмірів.

Зараз мінімальний елемент напівпровідникового чипа має розмір 22 нм. У найближчі кілька років ми підійдемо до одиниць нанометрів, а це вже майже атомні масштаби — і тоді закон Мура перестане працювати. Це буде кінець кремнієвої електроніки.

Це означає, що електроніка зайде в глухий кут?

Кремнієва — так, але на зміну їй прийде вуглецева електроніка на основі графену. Це буде чергова (не перша і не остання) революція, яка збільшить кількість транзисторів на чипі в тисячу разів: з мільярдів до трильйонів.

У тому числі за рахунок тривимірної архітектури, яка дозволить збільшити щільність упаковки елементів та об'єднати на одному чипі множину принципово різних пристроїв.

Наприклад, оптичні комутатори та процесори, в якості одного з «поверхів» такого чипа, дозволять збільшити швидкість обробки інформації в 15 разів, зменшивши при цьому розміри на 90% та скоротивши енергоспоживання на 75%.

Правда, з тривимірною архітектурою на перший план вийдуть питання охолодження. Розробки в цьому напрямку ведуться, у IBM вже є прототипи чипів з мікроканалами, якими продувається гелій. До того ж вуглецева електроніка менш вимоглива до температурних режимів.

Тобто обчислювальні потужності будуть збільшуватися за рахунок більш щільної упаковки транзисторів?

Для збільшення обчислювальних потужностей важлива не тільки щільність розміщення елементів, але й питання оптимізації обчислень. Одна з сучасних ініціатив у цій галузі — системи з оптимізацією навантаження (workload optimized systems).

Фактично це повернення до тих часів, коли комп'ютери будувалися та оптимізувалися під конкретні завдання не тільки за допомогою програмного забезпечення, але й апаратно — шляхом змін архітектури.

На рівні мікрочипів таке завдання зараз вирішується застосуванням програмованих користувачем вентильних матриць (FPGA — field-programmable gate array).

Використання систем з оптимізацією навантаження дозволить збільшити обчислювальні потужності ще в тисячу разів та перейти від петафлопсів до екзафлопсів.

Зрозуміло, що зменшиться питоме енергоспоживання, розміри та ціна обчислень. Скажімо, нинішній суперкомп'ютер IBM Blue Gene / P продуктивністю близько 1 петафлопса займає 72 стійки, а через десять років такий само комп'ютер буде займати 1/3 стійки та споживати енергії в 50-100 разів менше.

А чи знайдуться завдання для настільки потужних суперкомп'ютерів?

Так, оскільки в найближче десятиліття на нас чекає збільшення обсягу цифрових даних — від тисяч до мільйонів разів! Це пов'язано з появою «Інтернету речей» (Internet of things) — ситуації, коли до Інтернету буде підключено на кілька порядків більше пристроїв, ніж живих користувачів мережі.

До Інтернету вже підключені не тільки смартфони та телевізори, але й автомобілі, лічильники електрики та води, холодильники, пральні машини, відеокамери спостереження, системи обліку автомобільного трафіку та багато інших пристроїв.

Дані, які вони генерують (а це багато терабайтів), потрібно обробляти в реальному часі або з дуже невеликою затримкою (мілісекунди), а для цього якраз і потрібні суперкомп'ютери. Все це зробить життя сучасного мешканця мегаполіса комфортніше та безпечніше.

Наскільки добре буде захищений «Інтернет речей» від злому?

Якщо хтось з індустрії інформаційних технологій скаже вам, що його система абсолютно зламостійка, знайте, що він професійно непридатний.

Будь-який захист — це виклик, і хакери завжди будуть його із задоволенням приймати. Я і сам в юності захоплювався «зломом» мереж — правда, не комп'ютерних, а телефонних (Інтернету тоді не було).

Не існує кращого способу дізнатися, як влаштована річ, ніж зламати її та подивитися, що всередині. Хакери насправді допомагають захищати комп'ютерні системи, виявляючи дірки в захисті, та багато компаній навіть платять за це. Будь-яка вразливість рано чи пізно буде виявлена, і хай вже краще її виявлять люди, які не мають злих намірів.

Чи не призведе збільшення потужності комп'ютерів до появи штучного інтелекту?

Зі зростанням обчислювальних потужностей цілком можна вважати, що ми наближаємося до штучного розуму. Наприклад, суперкомп’ютеру IBM Watson, побудованому в 2007 році на основі 90 серверів IBM Power 750, приписують «розумність», оскільки він після трьох років навчання виграв у телевікторині Jeopardy.

Насправді Watson не володіє ніяким розумом — це всього лише дуже гнучка база даних з адаптивними правилами пошуку. Це дуже потужний, але спеціалізований інструмент для певного кола завдань (наприклад, зараз Watson цілком успішно допомагає лікарям ставити діагнози).

Він розкладає проблему, формулює сотні й тисячі гіпотез, які потім перевіряє методом перебору, виділяючи найбільш ймовірні. Це статистичний аналіз, саме так у мозку людини йде розпізнавання образів.

Ось тільки Watson споживає 85 кВт електроенергії, а система його охолодження важить понад 20 т. А мозок людини споживає 50 Вт та при цьому практично не гріється. А якщо гріється, то кухля пива буває достатньо для охолодження.

Правда, у людського мозку інша архітектура — нейронна мережа з 25 млрд. нейронів, які утворюють між собою більш 1014 зв'язків. Нейрочипи поки можуть похвалитися всього 100 нейронами та 100 000 зв'язків. Людських показників вони досягнуть не раніше 2020 року.

А розподілені обчислювальні мережі не можуть стати основою для створення штучного інтелекту?

Зараз рекорд обчислювальної потужності належить не суперкомп'ютеру, а розподіленій мережі Folding@home, що об'єднує звичайні ПК та ігрові приставки Sony Playstation по всьому світу та розраховує фолдінг білків за програмою, розробленою в Стенфордському університеті.

До речі, зараз вже стало можливим створення розподілених мереж нового типу. Скажімо, сучасні смартфони мають цілком серйозні обчислювальні потужності, обладнані безліччю датчиків та стандартними інтерфейсами для підключення до бездротових мереж.

Тому їх цілком можна використовувати як «цеглинки» для побудови найпотужнішої розподіленої обчислювальної мережі. Можливо, саме в такій мережі і зародиться справжній штучний інтелект?

А ви не боїтеся того, що, здобувши розум, смартфони збунтуються?

(Сміється.) Іноді мені здається, що вони вже захопили світ — адже ми вже не можемо без них обійтися!

Довідка

Джон Максвелл Кон — бакалавр (Массачусетський технологічний інститут), доктор (Університет Карнегі-Мелон) в галузі електроніки. До недавнього часу — керівник наукових досліджень відділу автоматизації проектування корпорації IBM.

На даний момент — IBM Fellow, «Почесний співробітник IBM», звання присвоюється за видатні досягнення в галузі науки та техніки, є вищою відзнакою для вчених та інженерів компанії (за всю історію корпорації це звання отримали лише 217 чоловік, зараз в дослідному підрозділі IBM працюють 73 з них).

Досягнення: більше 50 патентів в галузі мікроелектроніки та інтегральних схем, а також керівництво розробкою процесорів для ігрових приставок Sony, Microsoft та Nintendo. Автор безлічі наукових статей та співавтор декількох книг з автоматизації проектування мікроелектроніки.

Особиста місія: зробити вивчення математики, наук и та техніки веселим і доступним якомога більшій кількості людей.

Популяризація науки: з 1992 року в освітніх ініціативах Джона Кона, які проходили в школах, літніх таборах, університетах, музеях і виставках, взяло участь більше 40 000 школярів, студентів та дорослих.

Кумир: герой трилогії «Назад у майбутнє» доктор Еммет Браун.

Імідж: «божевільний вчений» (в основному завдяки зачісці).

Теги: IBM, Watson, безпека, наука, смартфон, суперкомп'ютер, технології, штучний інтелект

Матеріали за темою:

Коментарі