Журнал «Компьютерра» №25-26 от 12 июля 2005 года - Журнал Компьютерра

Во-вторых, отсутствие необходимости в программировании. Раз нет программирования, следовательно - самообучение? Да. Нейроподобные сетевые структуры. Об их свойствах написаны горы книг, однако сейчас имеет смысл отметить следующее: нейросети - аналоговые обрабатывающие среды, которые мы давным-давно научились реализовывать в качестве «оболочек» над цифровыми процессорами, но… Но при этом нейросети, реализованные в форме программ, оперирующих цифровыми входными сигналами, сами становятся цифровыми, теряя в быстродействии и в качественных показателях. Один из перспективных вариантов разрешения этого противоречия заключается в создании стохастических нейроалгоритмов, позволяющих сохранять аналоговые принципы функционирования нейросетей при цифровом моделировании(Большая работа в этом направлении проводилась в Киевском институте кибернетики им. В. М. Глушкова под руководством академика Н. М. Амосова, в частности, Э. М. Куссулем, А. М. Касаткиным, Л. М. Касаткиной, Т. В. Федосеевой).

В-третьих, отсутствие жестких алгоритмов функционирования - свойство, открывающее возможности адаптивного поведения и динамического целеполагания. Исследования в этом направлении, проводившиеся у нас и за рубежом, показали, что глубинная суть этих процессов с достаточной степенью адекватности описывается лишь аппаратом теории динамического хаоса. Иными словами, чтобы воссоздать «на практике» обрабатывающую среду, обладающую требуемым «поведением», необходимо либо каким-то образом синтезировать ее «в железе», либо смоделировать нужный тип нелинейной динамики. Во втором случае для этого легче всего использовать все те же стохастические нейросети или матрицы вероятностных клеточных автоматов.

По существу, создавая нейросетевую модель нелинейной динамической системы с нужным нам поведением (не детерминированным, а в среднем!), мы тем самым создаем еще одну «оболочку» - уже вторую! - над исходной физической обрабатывающей средой - цифровым процессором.

Впечатляющей футуристической картины под названием «Процессор будущего» не получилось. Жаль, если я кого-то разочаровал. Но мне действительно представляется маловероятным резкий (с чего бы вдруг?! И у кого?) рост интереса к созданию каких-то принципиально новых обрабатывающих сред физического уровня - электронных, биологических и даже квантовых.

Гигантский прогресс технических характеристик обычных микропроцессоров и, что особенно важно, накопление огромного арсенала средств разработки - как самих микросхем, так и программного обеспечения всех уровней, - как мне кажется, породили своеобразную «потенциальную яму», «выпрыгнуть» из которой чрезвычайно трудно - нужно много энергии, аналогом которой в данном случае выступают деньги.

Впрочем, всегда есть ненулевая вероятность «туннельного просачивания» сквозь стенки любых потенциальных ям. И для этого, как известно, не нужно много той самой «энергии»!

Практичная теория: день открытых дверей в творческой лаборатории изобретателя

«Физические эффекты и явления - костяк той самой физики, которую современный изобретатель годами изучает в школе и в институте. К сожалению, изобретательскому применению физики там не учат… Изобретателям надо присматриваться к давно знакомым эффектам и явлениям, приучаясь видеть в них рабочие инструменты для творческого решения изобретательских задач».

Начну с главного тезиса. Все технические системы, устройства и приборы были кем-то изобретены.

Поэтому, когда мне было предложено рассказать о «технологии изобретания» компьютерных устройств послезавтрашнего дня, да еще основанных на новых физических принципах, я понял, что меня провоцируют. По существу, мне предлагалось поиграть в деловую игру «Назвался груздем…»[Автор является руководителем семинара по ТРИЗ]. В первый момент, каюсь, «взыграло»… Короче говоря, я отбросил тщеславные попытки практически изобрести невиданный процессор, а попытался рассказать о возможных подходах к решению этой задачи, основанных на ТРИЗ - Теории Решения Изобретательских Задач, созданной нашим талантливым соотечественником Генрихом Сауловичем Альтшуллером.

Надо сказать, что изобретательские задачи часто путают с задачами научными, техническими, инженерными или конструкторскими. Если мы, имея комплект чертежей топологии, расчеты технологических параметров и таблицы контрольных значений тестовых сигналов, собираемся изготовить микросхему, то это будет технической задачей. Расчет электронной схемы или теплового режима, предположим, полупроводникового лазера по готовым формулам и методикам - задача инженерная. Поиск этих формул и получение методик - типично научная задача. Поиск компромиссов между функциональностью чипа и его площадью на кристалле - суть задача конструкторская. Решение всех этих задач не связано с преодолением каких-то противоречий. Задача становится изобретательской только тогда, когда возникает необходимость одолеть несовместимость[Альтшуллер Г.С., Творчество как точная наука, М., «Советское радио», 1979 г. См. также: Альтшуллер Г.С., Алгоритм изобретения, М., «Московский рабочий», 1973 г.].

Итак. Какие же действительно несовместимые технические характеристики мы ожидаем встретить в процессоре будущего?

Функциональность и простота в использовании. Преодолением этого противоречия постоянно заняты разработчики программного обеспечения[По Г.С. Альтшуллеру, это конструкторская задача]. И, надо сказать, им это неплохо удается, но… В окружающей природе полно примеров очень функциональных и очень простых в использовании «вычислительных устройств»[Мяукающих, гавкающих, чирикающих и т. п. И говорящих, в том числе. Увы], которые вообще не нужно программировать! Их нужно дрессировать, то есть передавать им представления о том, как им себя вести. А программы такого поведения они создают для себя сами. Это мы возьмем на заметку.

Функциональность и размеры… Сразу вспоминаются квантовые процессоры. Новые физические принципы - налицо, экстремально малые размеры собственно «вычислителя» и - в «нагрузку» - кубометры холодильной техники, лазеров и соленоидов. А почему, собственно, нас так интересуют размеры? Мы что, материал экономим? А если поступим так: выведем в околоземный космос несколько тысяч могучих серверов на спутниках, объединим их в сеть, а на локальные машины возложим лишь отправку «наверх» запросов да исполнение команд. Функциональность - выше некуда, а размеры «клиентов» будут под стать их назначению - думаю, не больше мобильного телефона…

Вы чувствуете, как над нами довлеет инерция мышления?

Это она не позволяет нам представить себе вычислитель, который не вычисляет… Большую систему, которая не занимает места… Сложную и одновременно очень простую… Вот они! Действительные противоречия, составляющие предмет изобретательской деятельности!

Калиновский [[email protected]fm]

Без лишних деталей

Дмитрий Аркадьевич Лежаков - мой собеседник - в недалеком прошлом представитель двигателестроительной 'оборонки'. Занимался он математическим моделированием аэро- и гидродинамических процессов. В настоящее время преподает в авиационном вузе. Я дал ему прочитать ранее подготовленные материалы темы номера, и они его сильно взволновали. Не своим содержанием, а 'беспросветным оптимизмом' авторов, по выражению Дмитрия Аркадьевича.

Вы с самого начала поняли, что ваше призвание - математическое моделирование физических процессов?

- Нет, дело в том, что я всегда хотел знать, над чем я работаю. На режимных предприятиях когда-то было заведено так, что каждый выполнял только порученную ему работу, а для чего это? куда это пойдет? - мало, кто знал. Поэтому, еще в институте, я понял, что нужно становиться 'управленцем', специалистом по управлению процессами - чтобы управлять изделием, его сначала нужно до тонкостей изучить. А лучший способ изучить - написать матмодель. В общем, применил 'военную хитрость'…

Много лет вы наблюдали, как совершенствуется техника, как становится все сложнее…

- Вы имеете в виду конструктивную сложность? Далеко не всегда. А если говорить, например, о такой технике, как авиационные двигатели, так и подавно. Поршневые моторы последних выпускавшихся типов чрезвычайно сложны в конструктивном плане! Первые пришедшие им на смену турбореактивные двигатели с центробежными компрессорами были, наоборот, очень простыми. Проектировать их, правда, гораздо труднее. Рассчитывать режимы… Там много тонких моментов, связанных с неустойчивостью работы компрессора, камер сгорания, там нужно заботиться о геометрии сопла…

Но, в общем, постепенно начинается конструктивное усложнение. То одна деталь добавляется, то другая. Стоимость, конечно, растет. Осевой компрессор - вообще очень сложная и дорогая штука. Но если мы возьмем какой-то новый физический принцип, то зачастую на его основе можно создать конструктивно более простое изделие. Принцип прямоточного двигателя, например. В нем нет ни одной вращающейся детали!