Я обдумывал закон Мура и его контекст, по меньшей мере, лет двадцать. В чем кроется подлинная природа этой экспоненциальной тенденции? Откуда она берется? Является ли она проявлением более глубокой и основательной закономерности? Как я собираюсь показать, экспоненциальный рост вычислительной техники существенным образом выходит за рамки закона Мура. Несомненно, экспоненциальный рост выходит за пределы вычислительной мощности вообще и относится ко всем областям основанной на информации технологии — технологии, которая в конечном итоге изменит мир.
Наблюдатели указывают на то, что закон Мура вскоре исчерпает свои возможности. По мнению экспертов компании Intel и других специалистов индустрии, мы выйдем за пределы возможностей интегральных схем в течение пятнадцати лет, потому что длина основных деталей будет достигать всего лишь диаметра нескольких атомов. Так будет ли это означать завершение периода экспоненциального роста вычислительной техники?
Этот вопрос обретает чрезвычайную важность, если мы станем размышлять о природе XXI века. Обращаясь к этому вопросу, я расположил сорок девять известных компьютеров на экспоненциальном графике. Отсчет в нижнем левом углу начинается со счетной машины, которая использовалась в ходе американской переписи 1890 года (счетное оборудование на основе перфокарт). В 1940 году Алан Тьюринг создал компьютер на основе телефонных реле. Этот компьютер позволил взломать загадочные коды немцев и предоставил Уинстону Черчиллю расшифровку почти всех сообщений нацистов. Черчиллю приходилось использовать эти расшифровки с большой осторожностью. Он понимал, что масштабное использование расшифрованных посланий могло спугнуть немцев. Если, к примеру, он предупредил бы власти города Ковентри о том, что их город будут бомбить, немцы увидели бы приготовления к отражению бомбардировки и поняли бы, что их шифр разгадан. Впрочем, похоже, в ходе битвы за Британию английские летчики все время чудесным образом знали, где находятся немецкие самолеты.
В 1952 году CBS воспользовалась более сложным компьютером на основе электронных ламп, чтобы предсказать избрание Эйзенхауэра на пост президента Соединенных Штатов. В правом верхнем углу находится компьютер, за которым вы сидите в настоящий момент.
Один из глубоких выводов, к которому мы можем прийти, глядя на этот график, состоит в том, что закон Мура был не первой, а пятой парадигмой, обеспечивающей экспоненциальный рост вычислительных возможностей. Каждая вертикальная линия обозначает различные парадигмы: электромеханика; техника, основанная на реле; электронные лампы; транзисторы; интегральные схемы. Каждый раз, когда какая-то парадигма вырабатывалась, ее сменяла другая парадигма, начиная с того места, где выдыхалась ее предшественница.
Люди скоры на критику экспоненциальных трендов. Они говорят, что в конечном счете эти тренды выработают свои ресурсы, как кролики в Австралии. Но каждый раз, когда конкретная парадигма достигала своих пределов, экспоненциальный рост продолжался благодаря новому, совершенно другому методу. Электронные лампы делались все меньше и меньше, но в конце концов настал такой момент, когда стало невозможно уменьшить лампу и сохранить в ней вакуум. Тогда появились транзисторы, которые представляют собой не просто электролампу маленького размера. Они выражают абсолютно иную парадигму.
Каждая горизонтальная линия на этом графике показывает увеличение вычислительных возможностей в сто раз. Прямая линия на экспоненциальном графике обозначает экспоненциальный рост. Как видно, скорость экспоненциального роста сама возрастает в экспоненциальном порядке. Мы удваивали вычислительные мощности каждые три года в начале двадцатого столетия, каждые два года — в середине, а теперь мы удваиваем их ежегодно.
Очевидно, что шестая парадигма будет являть собой вычислительную технику в трех измерениях. Как ни крути, мы живем в трехмерном мире и наш мозг организован в трех измерениях. Человеческий мозг использует весьма неэффективную схемотехнику. Нейроны — слишком громоздкие «устройства», и работают они крайне медленно. Они используют электрохимические сигналы, обеспечивающие лишь около двухсот вычислительных операций в секунду, однако мозг получает свою поразительную мощность благодаря параллельному вычислению, которое обеспечивается его трехмерной организацией. Трехмерные компьютерные технологии начинают появляться. В Лаборатории медиа Массачусетского технологического института была создана экспериментальная технология, в которой схемы уложены в триста слоев. В последние годы в разработке трехмерных схем, действующих на молекулярном уровне, был сделан огромный шаг вперед.
Мои любимые нанолампы представляют собой шестиугольные матрицы атомов углерода, которые можно структурировать так, что они образуют любой тип электронной схемы. Из них вы можете создать эквивалент транзисторов и других электрических устройств. В физическом плане они очень прочные, их прочность превышает прочность стали в пятьдесят раз. Температурные характеристики, судя по всему, поддаются регулировке. Один кубический дюйм наноламповой схемы будет в миллион раз мощнее вычислительных возможностей человеческого мозга.
За последние несколько лет уверенность в создании трехмерных схем невероятно укрепилась. Были созданы, по крайней мере, аппаратные средства, способные конкурировать с человеческим интеллектом. Это достижение подняло более заметную проблему, а именно: «закон Мура может оказаться действующим по отношению к „железу", но не по отношению к программному обеспечению». После сорокалетнего экспериментирования с разработкой программного обеспечения я считаю, что это не так. Продуктивность софта возрастает очень быстрыми темпами. На примере одной из моих собственных компаний могу сказать, что за пятнадцать лет мы прошли путь от системы распознавания речи стоимостью в $5000, которая плохо распознавала тысячу слов, да еще и не в потоке речи, до продукта стоимостью в $50 со словарным запасом в сто тысяч слов, который намного более точен в распознавании. И это типичная картина для программного обеспечения. На фоне всех усилий в области разработки новых программных продуктов производительность программного обеспечения также экспоненциально увеличилась, хотя и с меньшей экспонентой, чем мы видели у аппаратных средств.
Многие другие технологии совершенствуются экспоненциально. Когда около пятнадцати лет назад стартовал проект по расшифровке генома человека, скептики доказывали, что с учетом той скорости, с которой мы можем изучать геном, на осуществление проекта уйдет десять тысяч лет. Наибольшее распространение получило следующее мнение: конечно, какой-то прогресс будет, но все равно завершить проект за пятнадцать лет невозможно. Однако экономическая эффективность и производительность расшифровки ДНК удваивались ежегодно, и проект был завершен меньше чем за пятнадцать лет. За двенадцать лет нам удалось добиться того, чтобы вместо $10 расшифровка комплементарной пары ДНК стоила десятую часть цента.
Даже продолжительность жизни человека возрастает по экспоненте. В XVIII веке продолжительность жизни ежегодно увеличивалась на несколько дней, в XIX — на несколько недель. В наше время продолжительность человеческой жизни возрастает примерно на 120 дней ежегодно. А с учетом революционных открытий, сделанных на раннем этапе работы с геномом, с учетом клонирования в медицинских целях, сознательного конструирования лекарств и прочих биотехнологических преобразований многие эксперты, включая меня самого, предвидят, что в течение десяти лет мы будем добавлять к продолжительности жизни больше года ежегодно. Итак, если вы сможете зависнуть здесь лет эдак на десять, то станете свидетелями нашего дальнейшего продвижения по кривой возможностей. Мы будем в состоянии прожить достаточно долго, чтобы увидеть поразительное столетие, которое ждет нас впереди.
Миниатюризация — вот еще одна важнейшая экспоненциальная тенденция. Каждое десятилетие мы уменьшаем предметы на 5,6 % линейного размера. В следующей статье Билл Джой среди всего прочего рекомендует существенным образом ускорить развитие нанотехнологии. Однако нанотехнология важна не только потому, что ее пропагандируют специалисты по нанотехнологии. Нанотехнология — это всего лишь неизбежный конечный результат набирающей обороты тенденции уменьшать размеры предметов, которая существует уже многие десятилетия.
Ниже приводится график экспоненциального роста вычислительной техники, рассчитанный для двадцать первого века. В данный момент ваш обычный персональный компьютер стоимостью $1000 стоит где-то между мозгом насекомого и мозгом мыши. В человеческом мозге насчитывается около ста миллиардов нейронов, при этом между двумя нейронами существует примерно тысяча соединений. Эти соединения работают очень медленно, порядка двухсот вычислений в секунду, однако сто миллиардов нейронов с тысячью связей между двумя каждыми из них создают стотриллионную параллельную производительность. Если умножить эту цифру на двести вычислений в секунду, то получится двадцать миллионов миллиардов в секунду или, по компьютерной терминологии, двадцать миллиардов миллионов команд в секунду (MIPS). У нас будет двадцать миллиардов MIPS за $1000 к 2020 году.
