Будущее человечества: миниатюризация вычислительной техники

Миниатюризация - это закономерность прошлого и будущего. Она

недооценена теоретиками, но на практике неуклонно пробивает себе дорогу.

Если она будет поставлена в качестве одной из важнейших целей, то сможет

гораздо сильнее изменить окружающую действительность.

Однако до сих пор любой специалист в качестве приоритетной цели

развития вычислительной техники, пожалуй, назовет быстродействие, т.е.

скорость, если попроще. Не забудут, конечно, и об объемах обрабатываемой

информации. Вряд ли кто вообще вспомнит о миниатюризации. И напрасно!

Длительное время миниатюризация воспринималась как очень полезное

приложение, но только как приложение к основным качествам ЭВМ. Для этого

были и есть основания.
Ведь главное преимущество ЭВМ - в том, что впервые в истории

человечества удалось переложить на машины часть мыслительной деятельности

человека. И что поражало, машина смогла это делать быстрее человека.

В 50-х годах вызывало восхищение то, что одна машина заменяла десяток

бухгалтеров. Другая деятельность тогда еще не очень просматривалась...

Даже если бы до сих пор каждая вычислительная машина занимала

огромный зал, то это ничуть не умаляло бы ее огромного значения для

общественных нужд. Ведь дело не только в том, что она заменяет десяток

или сотни бухгалтеров. За доли секунды машина сделает столько, сколько

нельзя сделать вообще никаким количеством бухгалтеров. Стали посильны

такие вычислительные задачи, которые раньше вообще невозможно было решить

ни за какие исторические сроки!
Переход к ЭВМ можно сравнить с переходом почтовой службы от лошадей

на радиоволны. Время - деньги. Но это далеко не все. Качественное ускорение

обработки информации - это другой уровень развития общества, это новая

скорость развития земной цивилизации.
Поэтому неудивительно, что задача сделать вычислительную технику

компактной не шла ни в какое сравнение с борьбой за скорость. Известен

даже исторический казус, когда фирма IBM, создавшая персональные ЭВМ,

очень скептически отнеслась к своему величайшему открытию и с легкостью

уступила его конкурентам.
А между тем, назначение вычислительной техники совсем не в том,

чтобы она где-то вдали от людей наподобие атомного реактора решала

отдельные важные задачи и выдавала там новые рекорды скорости. Место

ЭВМ - среди людей, а забегая в более отдаленное будущее, можно сказать,

что их место - и в самих людях.
Скорость вычислений - это определяющее потребительское качество

нового товара, такое же как свойство колеса крутиться или свойство

картофеля быть съедобным. Но далее оно становится естественным требованием,

о котором нет надобности напоминать, как спрашивать в магазине съедобен

ли картофель или будет ли ездить автомобиль. При покупке ноутбука

по умолчанию предполагается, что скорость - на самом высшем уровне. И

покупатель будет крайне удивлен, если его покупка не потянет ходовые

программы.
Разумеется, и дальше важнейшее преимущество ЭВМ будет развиваться,

так же как будут выводится новые сорта растений с повышенной урожайностью

и будут создаваться более экономичные и скоростные марки автомобилей.

Но теперь самое время выяснить, для решения каких крупных общественных

проблем нужны ЭВМ со всей их скоростью. Давно пора рассматривать их не

только как гаечный ключ, а как мощнейший фактор общественного развития.

Куда же машины ведут общество, да и самих себя?

В 50-60-х годах XX века ЭВМ мыслились в основном как вычислители.

Постепенно выяснилось, что сложение и умножение чисел - дело десятое,

машины - это преобразователи и хранители информации. Они прекрасно

обрабатывают любую информацию, будь то изображение, звук или вообще

сигналы со всевозможных датчиков. Замаячил более общий термин:

информационные технологии. Хотя все еще встречаются супер-ЭВМ в виде

огромных шкафов и в ходу миллионы персоналок, но по существу понятие

ЭВМ сильно размылось. Сегодня любой телефон, телевизор, стиральная

машина по мощности вычислительных вставок мало отличаются от прежних

ЭВМ, а во многом их превосходят. Сегодня любой автомобиль, любой бытовой

прибор вплоть до мясорубки не стесняются называть интеллектуальным.

Но даже не отдельная интеллектуальная мясорубка определяет

лицо современной цивилизации. Вычислительная техника опутала всю Землю

глобальной сетью, она стала коллективной памятью всего человечества и

шаг за шагом становится коллективным мозгом. Этот искусственный мозг

постепенно проникает во все сферы деятельности и не только как инструмент,

а как высококвалифицированный работник, иногда уже как управленец, а в

будущем, возможно, и как хозяин. И последнее вовсе не фантастика. Если

машина сможет достаточно полно проанализировать какую-то производственную

или общественную ситуацию, то даже самый ярый консерватор, пожалуй,

последует решению машины, а не решению крикливого политика или нахального

производственника с сомнительным образованием и с выпирающими наружу

личными интересами.

Что же обеспечило столь широкое распространение вычислительной

техники? Теперь ясно, что одной скорости тут мало. Главное - это:

миниатюризация. Именно эта сторона позволила вычислительной технике

проникнуть в любое техническое устройство и сразу поднять это устройство

на качественно новую высоту. А быстродействие во многих случаях вообще

не актуально. Никакой катастрофы не произойдет, если соковыжималка или

лифт в небоскребе задумаются на секунду.
При ближайшем рассмотрении выясняется, что именно миниатюризация

есть важнейшая основа для той же скорости и для больших объемов хранимой

информации. Скорость передачи сигналов ограничена скоростью света. А

уровень современных технологий налагает свои ограничения на скорость

передачи информации (она передается порциями, с некоторой частотой).

Например, не все равно: передавать сигнал по проводам или по радиоволнам.

Поэтому играет существенную роль физическое расположение отдельных

вычислительных устройств и их компонентов. Чем мельче элементная база,

тем, вообще говоря, более быстрое взаимодействие удается организовать.

Еще более значительна миниатюризация для объемов хранимой

информации. Конечно, объемы можно было наращивать шкафами, когда других

путей не было. Но совсем другой дело, когда тысячи книг умещаются в

карманной фитюльке, и когда сложнейшие программы работают в телефоне

или автомобиле без малейшего ущерба для их внешнего вида и

потребительских качеств.

Именно миниатюризация обеспечила вычислительной технике

возможность вторгнуться во все технические устройства без кардинальной

ломки последних. Она лишь добавила новые замечательные свойства

привычным устройствам, не заставляя перестраивать все заводы и

выкидывать все прежние технологические линии.

Продолжит ли свое победное шествие миниатюризация? Если ЭВМ

влезла в сотовый телефон, то куда еще уменьшать? Не пора ли остановиться

и заняться более важными делами?
Для сравнения надо напомнить, что первые пользователи ЭВМ вовсе

не жаловались на их гигантские размеры. Они рассуждали примерно так.

Шкафов у нас в институте навалом. Десятком больше, десятком меньше - роли

не играет. Хорошо еще, что не пришлось строить колоссальные сооружения как

для атомных реакторов. (А ведь если бы не нашли другого пути, то точно

построили бы!) Вполне достаточно, если такая ценная техника будет стоять

только в храмах науки. А результаты расчетов можно рассылать по телефону,

по почте, по радио. Даже лучше, если храмы науки по совместительству

станут хозяйственными и общественными центрами. Так сказать, слияние

науки с производством...
Заманчиво, но не сложилось! Не производственники потащились в

храм, а вычислительной технике пришлось вылезти из шкафов и окунуться

в производство. Теперь даже любой письменный стол без компьютера - это

нонсенс.
И все же, куда пойдет вычислительная техника, если она уже охватила

все известные приборы, кроме топора и кувалды? Поле перед ней огромное!

Это - микромир и сам человек, который в значительной мере является частью

микромира. Можно сказать, что миниатюризация еще только начала свое победное

шествие, робко пристраиваясь ко всему тому, что уже было в человеческом

обществе. Теперь ей предстоит сказать свое собственное веское слово.

На пороге стоит техника, в том числе, вычислительная, какой не

было в истории. Название уже придумано: нанотехнологии. Сейчас еще мало

кто представляет, что это такое, даже "нанотехнологи". Поэтому в плане

развития ЭВМ лучше употреблять более понятное и более общее слово:

микромир. В частности и потому, что миниатюризация не ограничится

наноуровнем, а пойдет гораздо дальше. Ее собственные успехи станут основой

для проникновения на все более глубокие уровни.
Сегодня все атомы одного химического элемента (не считая изотопов)

считаются абсолютно одинаковыми. Но может быть это только от того, что мы

не научились их различать? Почему, скажем, один атом урана распался, а

другой нет? Вряд ли они следовали статистическим закономерностям,

установленными людьми. Более вероятно, что перед распадом атом или его

окружение уже имели особое состояние, которое в принципе может быть выявлено

экспериментами. А если атомы разные, значит, в них можно хранить информацию.

Затем на очереди элементарные частицы...
Впрочем, до построения дома в атоме еще далеко, а вот дом для

разума в микромире - не за горами. И это отнюдь не тема для чистой науки.

Это самая животрепещущая проблема для каждого человека, потому что пока

львиная доля процессов в человеческом организме совершенно неподконтрольна.

До сих пор какой-то вирус столь же страшен как чума в средние века.

Надо создать такую вездесущую интеллектуальную технику, которая

смогла бы изучить изнутри человеческий организм и вообще биологические

процессы. Пора уже кончать с измерением температуры и с анализом кала.

Надо смотреть в суть, а не на обманчивые внешние проявления.

При такой микро-технике не понадобится загонять в космос

многотонные махины. К звездам можно будет послать микроскопические

мыслящие аппараты со скоростью близкой к световой.
Миниатюризация - это ключ к решению энергетической проблемы и

много чего еще. Когда техника широко выйдет на уровень микромира, тогда

действительно придет время сносить заводы и выкидывать прежние

технологии. В развитии цивилизации произойдут грандиозные изменения,

о которых уже догадываются и говорят знатоки, и которые мы оставим,

чтобы не отклоняться от темы.

Пока более уместно будет оценить известные тенденции развития

вычислительной техники на фоне описанного процесса миниатюризации.

Особенностью современных ЭВМ и программного обеспечения

является огромное количество уровней и надстроек, сложившихся, главным

образом, исторически и крайне осложняющих обработку информации.

Сложившая система похожа на латаное одеяло. Проверить в ней что-либо

крайне трудно. Зато для вирусов, хакеров, мошенников - раздолье. Таков

итог стихийного развития, отсутствия единых стандартов.

Да и трудно было предвидеть судьбы ЭВМ. (В СССР кибернетика

даже попала в лженауки.) Пришлось на ощупь искать пути к широкому

пользователю. Когда этот пользователь нашелся, то постепенно

выяснилось, что каждому-то нужно свое.
Делать множество специальных процессоров поначалу было

экономически невыгодно. В наше время ситуация изменилась, но все же

бывает крайне редко, когда новые ЭВМ создаются под конкретную задачу.

Вряд ли кто сегодня станет отрицать, что за специализацией

вычислительной техники - большое будущее. Специализированная техника,

освободившись от ненужных общих надстроек, становится во много раз

компактнее, а если надо, то и быстрее. Таким образом, специализация

органически вплетается в общую тенденцию миниатюризации и, даже можно

сказать, находится здесь на переднем крае. Специализация присуща

всем биологическим объектам и социальным структурам, поэтому было бы

крайне странно, если бы в вычислительной технике не нашел достойного

применения столь важный и проверенный механизм. А главное, значение

специализации уже доказано практикой.
Возможно, специализация пойдет еще и по пути радикальной

перестройки элементной базы. Сегодня все макроэлементы ЭВМ неподвижны,

а бегают в них только электроны. А ведь в принципе элементы ЭВМ могут

сочетать в себе взаимодействия на самых разных уровнях, как, например,

это имеет место в человеческом мозге.
Скажем, для анализа погодных процессов или эффектов при ядерном

распаде могли бы сгодиться вычислительные элементы, которые в миниатюре

уже содержат аналоги исследуемых процессов.
В этом плане модные сегодня параллельные вычисления можно считать

частью общего процесса специализации. Это одна из ступенек на пути

приближения элементов ЭВМ к природным процессам. Ведь большинство

физических и биологических процессов складывается из огромного количества

более мелких параллельных процессов.
Параллельность - это один из важнейших приемов вычислений,

но ввиду его важности надо понимать и его ограниченность.

Представляется очевидным, что при сложении двух матриц

параллельность даст огромный эффект. Другой вопрос: а нужно ли было

вообще складывать эти матрицы? Тщательный анализ многих алгоритмов

показывает, что при элементарной математической грамотности можно

ускорить счет на несколько порядков, не грузя себя проблемами

параллельных вычислений. А если и остаются "непокорные" задачи, то они

крайне разрознены и требуют сугубо индивидуального подхода.

Относительно редко возникают случаи, когда за реальное

микроскопическое время требуется переработать большой объем информации,

а имеющиеся стандартные средства не тянут. Тут к месту бывает

параллельность как последнее средство, когда больного необходимо спасти,

а лекарств нет. Тогда победа достигается числом, а не уменьем. Однако все

такие случаи мало похожи друг на друга. Здесь трудно заранее подготовить

единую пожарную команду, потому что в отличие от физических пожаров здесь

все пожары разные, и одной водой их не затушить.
На разработку параллельного процессора (и, что еще труднее,

программного обеспечения для него) можно потратить долгие годы. За

это время общедоступная техника может ускориться настолько, что

превзойдет по всем показателям так долго взращиваемый инструмент. Так что

начиная работу над специальным процессором, не лишне иметь конкретного

покупателя и убедиться, что через несколько лет у покупателя не пропадет

интерес к разработке.
По большому счету, параллельность давно уже есть там, куда

она пришла естественным образом и практически незаметно. Миллионы

компьютеров одновременно работают в Интернете. На каждом предприятии

есть своя сеть ЭВМ, где также параллельно решается множество

производственных задач.

Ясность, отточенность алгоритмов, освобождение их от наносов - это

залог надежной работы вычислительной техники, это фундамент для будущего.

Недалеко то время, когда умные машины смогут проверить наработанные людьми

программы и создать новые, став подлинными хозяевами своего мышления. Чтобы

не позорить себя перед последователями и не создавать им лишних проблем,

хорошо бы людям, насколько это возможно, навести порядок в научном и

техническом багаже человечества.

И, возможно, первым делом надо спроектировать новые ЭВМ,

учитывающие тенденции миниатюризации и проникновения в микромир.

Необходимо разработать новые стандарты. Нельзя бесконечно латать

старое одеяло. В микромир со старым одеялом не пролезть. Пора, наконец,

осознать, что сегодняшний бурно меняющий мир станет далее меняться

еще быстрее. К будущему надо готовиться, а не только принимать его

как снег на голову. А то может статься, что многие люди со своими

отжившими представлениями не очень-то будут нужны этому будущему.