Главы из книги The Fall of Tyranny the Rise of Liberty (2017)

Оригинал главы 4 здесь

Калькулятор на ЭНИАК оснащён 18 000 вакуумных ламп и весит 30 тонн, компьютеры в будущем могут иметь всего 1 000 ламп и, возможно, весить 1,5 тонны. – Popular Mechanics, март 1949 года

Интегральные схемы приведут к таким чудесам, как домашние компьютеры — или, по крайней мере, терминалы, подключённые к центральному компьютеру, — автоматическое управление автомобилями и персональное портативное коммуникационное оборудование. – Гордон Мур, 1965 год

Веками исследователи искали по всему миру источник молодости. Сегодняшние миллиардеры верят, что могут создать его с помощью технологий и данных. — Ариана Энджонг Ча, 4 апреля 2015 года

Фраза «врезаться в стену» в разговорном английском означает достичь точки, где прогресс останавливается или резко замедляется. Инженеры не особенно жалуют это выражение. Для инженера стена — это вызов, что-то похожее на лежачего полицейского. Они поднимают руки только в случае ограбления — и то не всегда. Слово «невозможно» им не нужно.

Предположим, вы написали книгу о генетике и, чтобы по-настоящему воодушевить будущих читателей, решили сохранить каждое слово и каждую иллюстрацию из своей книги — оглавление, указатель, всё — в виде ДНК. И не просто сохранить, но и иметь возможность извлечь всё обратно. А чтобы продемонстрировать невероятную ёмкость хранения информации в ДНК, кто-то предлагает вам записать 70 000 000 000 (70 миллиардов) копий книги в ДНК. Невозможно? Конечно нет. Генетик Джордж Чёрч сделал это три года назад.

19 апреля 1965 года инженер по имени Гордон Мур опубликовал статью, в которой обратил внимание на поразительное явление в мире интегральных схем и их компонентов. Интегральная схема, которую часто называют чипом, — это микроэлектронное устройство, состоящее из множества взаимосвязанных транзисторов и других компонентов, размещённых на полупроводниковой подложке, как правило, из кремния. Без интегральных схем у нас не было бы смартфонов, планшетов, ПК, Mac’ов и бесчисленного множества других электронных устройств. «Для простых схем, — писал Мур, — стоимость одного компонента почти обратно пропорциональна их количеству».

Это было инженерным эквивалентом золотой жилы. Чем больше компонентов — тем выше производительность (электронам меньше путь), и при этом снижается стоимость одного компонента — по крайней мере, до определённого предела. В то время чипы содержали лишь горстку компонентов, но Мур предсказал начало экспоненциального роста, заявив, что к 1975 году «оптимальное количество компонентов на интегральную схему для минимальной стоимости составит 65 000».

Это была смелая экстраполяция с его стороны. До появления интегральных схем транзисторы и другие компоненты вручную соединяли проводами на печатной плате. Процесс был трудоёмким, но на раннем этапе дешевле, чем производство чипов. В 1965 году лишь несколько компаний производили интегральные схемы, а их основными клиентами были NASA и министерство обороны США. Кроме того, по воспоминаниям самого Мура, на таких схемах работало лишь около 10–20 % транзисторов.

Тем не менее к 1975 году компания Intel, которую он основал в 1968 году, готовилась выпустить на рынок чип памяти с 32 000 компонентами, что всего лишь в два раза было меньше его первоначального прогноза.

Эта закономерность удвоения плотности транзисторов каждый год, позднее пересмотренная до одного раза в два года, стала известна как закон Мура. Более высокая плотность означает более высокую производительность, более полезные технологии. Рост плотности снижает себестоимость компонентов, что снижает розничные цены и привлекает больше потребителей.

Астрономические транзисторы

Поддерживаемый другими технологическими инновациями, закон Мура в течение 50 лет привёл нас в цифровую эпоху, как и предсказывал сам Мур. Точнее говоря, инженеры, менеджеры проектов и предприниматели изобретали, инвестировали и в целом посвящали свои жизни тому, чтобы закон Мура продолжал действовать. А потребители с энтузиазмом выстраиваются в очередь за новыми продуктами.

Как далеко мы продвинулись с тех пор, как Мур написал свою статью? Сегодняшние интегральные схемы содержат миллиарды транзисторов и производятся на заводах, строительство которых обходится в миллиарды долларов. Однако стоимость одного транзистора упала с примерно 30 долларов в 1965 году (в пересчёте на 2015-й) до микроскопических значений сегодня.

И мир испытывает постоянную нехватку транзисторов. Как отметил один исследователь:

В 2014 году предприятия выпустили около 250 миллиардов миллиардов транзисторов (250 × 10¹⁸). Это буквально производство в астрономических масштабах. В среднем каждую секунду того года производилось 8 триллионов транзисторов. Это примерно в 25 раз больше количества звёзд в Млечном Пути и в 75 раз больше числа галактик во всей наблюдаемой Вселенной.

Помните, это 8 триллионов транзисторов на каждую секунду 2014 года. Этот поток транзисторов стал «всё возрастающим приливом, который не только поднял все лодки, но и позволил нам создавать фантастические и совершенно новые виды лодок».

Хотя прогнозы о скором исчерпании закона Мура звучали и раньше, инженеры находили «обходные пути там, где мы думали, что упрёмся в жёсткие ограничения», как отметил сам Мур в недавнем интервью. Но в конечном счёте существуют фундаментальные пределы реального мира: скорость света и атомная природа материи.

Как Рэй Курцвейл неоднократно подчёркивал (и о чём многие исследователи забывают), закон Мура — это вычислительная парадигма, и она уже пятая по счёту с переписи населения в США 1890 года. Все пять парадигм демонстрировали экспоненциальный рост. Первые четыре — электромеханическая, релейная, вакуумно-ламповая и транзисторная — в конечном итоге исчерпали себя и были заменены технологиями, которые раньше применялись лишь в узкоспециализированных областях, таких как военные нужды, или находились в малофинансируемых лабораториях. Когда парадигма замедляется — то есть перестаёт развиваться экспоненциально — больше средств направляется на развитие новых, перспективных технологий, способных её заменить.

Переход в 3D

У промышленности по производству поупроводников заканчиваются приёмы, позволяющие и дальше уменьшать размеры кремниевых транзисторов. Сейчас минимальный размер составляет 14 нанометров, а к 2020 году он должен сократиться до пяти нанометров, чтобы сохранялось соответствие закону Мура. Приближаемся ли мы к стене?

Samsung так не считают. Они уже строят чипы флеш-памяти, используя трёхмерные интегральные схемы для повышения производительности. Вместо того чтобы размещать транзисторы бок о бок на плоской кремниевой поверхности, они укладывают их слоями и они занимают в два раза меньше пространства, чем плоские чипы. Они строят многоэтажки, а не одноэтажные пригородные дома с всё меньшими комнатами. Больше слоёв — выше производительность, и отпадает необходимость в дальнейшем уменьшении размеров. Больше не нужно перестраивать фабрики за миллиарды долларов ради производства новых чипов.

IBM выбирает иной подход — по крайней мере, пока. Они разрабатывают транзисторы на основе углеродных нанотрубок вместо кремния и надеются наладить их массовое производство к 2020 году. Диаметр нанотрубок составляет всего два нанометра. Они бесшовные, по виду напоминают свёрнутую куриную сетку, и их использование может позволить сохранить тенденцию по увеличению плотности транзисторов на кремниевой подложке. По результатам моделирования, транзисторы из нанотрубок примерно в пять раз быстрее кремниевых.

В своей главной работе Курцвейл ссылается на исследования Питера Бёрка из Калифорнийского университета в Ирвайне, который продемонстрировал работу схем на нанотрубках на частоте 2,5 гигагерца (2,5 ГГц). Однако в рецензируемой статье Бёрк утверждал, что теоретический предел скорости таких транзисторов должен измеряться в терагерцах, где 1 ТГц = 1000 ГГц. (Вот это был бы прирост для моего MacBook Pro с 2,66 ГГц!)

Основная проблема — как расположить нанотрубки на чипе достаточно плотно друг к другу. Метод IBM — маркировать подложку и нанотрубки соединением, которое заставит их «самоорганизоваться» в нужной позиции.

Самосборка наномасштабных схем могла бы изменить весь мир. Как отмечает Курцвейл, ссылаясь на работы исследователей из UCLA, если бы «триллионы компонентов схем могли организовываться сами по себе, а не собираться вручную в вертикально организованном процессе, это позволило бы создавать крупномасштабные схемы в пробирках, а не на заводах, ценой в миллиарды долларов, с использованием химии вместо литографии».

Создание наносхем в химических колбах станет «ещё одним важным шагом в децентрализации нашей промышленной инфраструктуры и обеспечит сохранение закона ускоряющейся отдачи в этом веке и после него».

Продвинутые роботы, улучшенные люди

Одна из причин стремления к продолжению экспоненциального технологического развития — это передача задачи роботам. Со временем они получат образование и возьмут на себя функции научно-исследовательской работы. В 2020-х годах, с использованием передового оборудования и вычислительных стратегий, учёные добьются значительного прогресса в моделировании человеческого мозга. К 2029 году компьютер сможет убедительно выдать себя за человека при допросе, проведённом в рамках теста Тьюринга.

Тем временем неумолимое движение миниатюризации проникнет внутрь наших тел, включая мозг. Наноботы размером с эритроцит будут проникать в кровоток и усиливать наш интеллект, объединяя способности биологического мозга к распознаванию образов со скоростью, ёмкостью и возможностью обмена знаниями, присущими технологиям. Это должно начаться где-то в 2020-х годах.

К 2030-м годам небиологическая часть нашего интеллекта станет преобладающей. Примерно к 2045 году «темп технологических изменений станет настолько быстрым, а их влияние — настолько глубоким, что человеческая жизнь будет необратимо преобразована». Курцвейл называет этот период Сингулярностью.

Исследователь искусственного интеллекта Бен Герцель считает, что Сингулярность может наступить гораздо раньше — через 10 лет.

Технологии будут и дальше давать нам всё более совершенные и дешёвые продукты, некоторые из которых в свою очередь дадут возможность создавать ещё лучшие и более дешёвые продукты. Кейнсианство и его институт Бесплатного Обеда под названием «государство всеобщего благосостояния» постепенно уничтожат банки и правительства в их нынешнем виде. Наши повелители не уйдут без сопротивления, но впереди — лучшее будущее.

Перевод: Наталия Афончина

Редактор: Владимир Золоторев