Здесь Теллер вернулся к графику и нарисовал пунктирную линию, которая поднималась вдоль линии адаптируемости, но круче. Эта линия обозначает более быстрое и эффективное обучение и поэтому пересекается с линией технологических и научных изменений в более высокой точке.
По словам Теллера, повышение адаптивности человечества на 90 % означает «оптимизацию обучения» то есть применение мер, стимулирующих технологические инновации в нашей культуре и социальных структурах. Каждое учреждение, будь то патентное ведомство (значительно улучшившееся за последние годы) или другой правительственный регулирующий орган, должно становиться всё более гибким. Им следует быть готовыми быстро экспериментировать и учиться на ошибках. Вместо того чтобы ждать, будто новые правила станут действовать десятилетиями, надо постоянно проводить переоценку способов, которыми они служат обществу. Сейчас университеты гораздо чаще пересматривают учебные программы, чтобы успевать за темпами изменений, порой даже устанавливают «дату применимости» для определённых курсов. Регуляторам стоит придерживаться аналогичного подхода. Им нужно быть столь же инновационными, как и новаторы, и действовать со скоростью закона Мура.
Инновации, полагает Эрик Теллер, это цикл экспериментов, обучения, применения знаний, а затем оценки успехов или неудач. Когда результатом становится неудача, здесь просто повод начать цикл заново.
Один из девизов X«быстро провалиться». Теллер говорит подчинённым:
Мне всё равно, насколько вы продвинетесь в этом месяце. Моя работа состоит в том, чтобы повысить ваш уровень эффективностикак мы можем совершить ту же ошибку за половину времени и за половину денег?
В целом, считает Теллер, то, что мы переживаем сегоднявсё более короткие циклы инноваций и всё меньшее время для обучения и адаптации, «это разница между постоянным состоянием дестабилизации и случайной дестабилизацией». Время постоянной стабильности прошло. Что не означает, будто у нас не может быть нового типа стабильности. Другое дело, что она должна быть динамичной.
Есть несколько способов удержаться на велосипеде, пока вы стоите на месте, но когда вы двигаетесь, всё гораздо проще. Пусть это состояние кажется нам неестественным, но человечеству придётся научиться существовать в таком движении.
Нам всем придется научиться этому трюку езды на велосипеде.
Когда такое произойдёт, уверен Теллер, странным образом мы снова окажемся спокойными. Тем не менее это потребует существенного переучивания. Мы определённо не учим наших детей динамической стабильности. Придётся учить их этому всё интенсивнее и быстрее, чтобы будущие поколения процветали и находили собственное равновесие.
Следующие четыре главы посвящены основополагающим ускорениям в законе Мура, рынке и матери-природе, которые определяют, как сегодня работает «машина». Если мы собираемся достичь динамической стабильности, о которой говорит Теллер, то должны понять, как эти силы изменяют мир и почему стали особенно динамичными начиная с 2007 года.
Глава 3Закон Мура
«Жизни людей меняются, когда люди на связи. Когда связано всё, меняется сама жизнь».
Одно из самых сложных понятий для осознаниясила экспоненциального роста. Оно касается всего, что происходит, когда какой-то параметр удваивается, утраивается или увеличивается в четыре раза на протяжении нескольких лет подряд. Сложно осознать, насколько большими могут быть получившиеся цифры. Поэтому всякий раз, когда генеральный директор Intel Брайан Кржанич пытается объяснить влияние закона Мура (что происходит, когда вы удваиваете мощность микрочипов каждые два года в течение 50 лет), он использует такой пример. Если вы взяли микросхему первого поколения 1971 года, 4004, и новейший чип Intel, представленный сегодня на рынкепроцессор Intel Core шестого поколения, то увидите, что новейший чип предлагает в 3500 раз больше производительности, в 90 000 раз больше энергоэффективности, а стоит примерно в 60 000 раз дешевле.
Для упрощения инженеры Intel сделали примерный расчёт того, что произошло бы, если бы Volkswagen Beetle 1971 года по закону Мура улучшался с той же скоростью, что и микрочипы. И вот итог: к сегодняшнему дню Beetle смог бы ехать со скоростью около 482 тысяч километров в час. Расход топлива составил бы 1,2 литра на миллион километров, а обслуживание стоило бы четыре цента! В Intel подсчитали также, что, если бы эффективность использования автомобильного топлива улучшалась со скоростью закона Мура, мы смогли бы, грубо говоря, водить всю жизнь автомобиль, не израсходовав и одного бака бензина.
Причина столь необычных сегодняшних технологических изменений таится в том, что их провоцирует не только вычислительная скорость микрочипов, находящаяся в устойчивом нелинейном ускорении, но и развитие остальных компонентов компьютера.
Сегодня каждое вычислительное устройство имеет пять основных компонентов:
(1) интегральные схемы, что производят вычисления;
(2) блоки памяти, которые хранят и извлекают информацию;
(3) сетевые системы, обеспечивающие связь внутри и между компьютерами;
(4) программные приложения, позволяющие разным компьютерам выполнять множество задач индивидуально и коллективно;
(5) датчикикамеры и иные миниатюрные устройства, способные обнаруживать движение, язык, свет, тепло, влажность и звук, преобразовывая любой из них в цифровые данные, которые могут быть переведены на «человеческий» язык, доступный для понимания.
Удивительно, но у закона Мура много «родственников» в других сферах. В этой главе будет показано, как устойчивое ускорение развития всех пяти компонентов, их объединение и эволюция в то, что мы теперь называем «облаком», привело нас на новый уровень развитияк точке, нарисованной «Астро» Теллером, где темпы технологических и научных изменений опережают скорость, с которой люди и общества обычно могут адаптироваться.
Гордон Мур
Начнём нашу историю с микрочипов, также известных как интегральные микросхемы, они же микропроцессоры. На этих устройствах работают все программы и память компьютера. Словарь подскажет нам, что микропроцессор похож на мини-вычислительный движок, построенный на одной кремниевой микросхеме, поэтому его сокращенно и называют «микрочип», или просто «микросхема». Микропроцессор состоит из транзисторовиными словами, крошечных переключателей. Они могут включать или выключать поток электричества. Вычислительная мощность микропроцессора зависит от того, насколько быстро транзисторы включаются и выключаются и сколько их вы можете разместить на одном кремниевом чипе. До изобретения транзистора первые компьютерные дизайнеры полагались на ламповые вакуумные трубки (подобные им вы могли видеть на задней панели старого телевизора). Они включали и выключали электричество для производства вычислений, но были очень медленными и сложными для сборки.
И вдруг летом 1958 года всё изменилось. Инженер из Texas Instruments Джек Килби «нашёл решение этой проблемы» (сообщает NobelPrize.org).
Идея Килби была в том, чтобы соединить все компоненты и чип в единый блок (монолит) из полупроводникового материала. В сентябре 1958-го у него была готова первая интегральная схема.
Сделав все детали блока из одного материала и добавив металл, необходимый для их соединения в виде поверхностного слоя, он избавился от необходимости в отдельных дискретных компонентах. Больше не нужно было собирать провода и компоненты вручную. Появилась возможность производить микросхемы меньшего размера, а весь процесс изготовления автоматизировать.
Полгода спустя другой инженер, Роберт Нойс, предложил собственную идею интегральной микросхемыона элегантно решает некоторые проблемы микросхемы Килби и позволяет беспрепятственно соединять все компоненты на одном кристалле кремния.
Так началась цифровая революция.
В 1957 году Нойс стал соучредителем Fairchild Semiconductor (а затем и Intel), созданной для разработки чипов, вместе с несколькими другими инженерами, в том числе Гордоном Э. Муром, который получил докторскую степень по физической химии в Калифорнийском технологическом институте и стал директором лаборатории по исследованиям и разработкам в Fairchild.
Главным новшеством компании стало развитие процесса химической печати миниатюрных транзисторов на кристалле кремния, что значительно облегчило их масштабирование и предложило массовому производству отличное решение. Как утверждает Фред Каплан в книге «1959: год, изменивший всё», микрочип мог бы не получить такой популярности и развития, если бы не было крупных правительственных программ, особенно полётов на Луну и ракеты «Минитмен». Оба проекта нуждались в сложных системах наведения, которые должны были поместиться в очень маленькие носовые конусы. Министерство обороны требовало резко сократить занимаемый микрочипами объём, и первым, кто согласился на эти условия, был Гордон Мур.
«Пожалуй, Мур первым понял, что подход Fairchild к химической печати для создания микрочипа означал: они не только меньше размером, надёжнее и энергоэффективнее, чем обычные электронные схемы, но и производить такие микрочипы дешевле, писал Дэвид Брок в специальном выпуске журнала Core. В начале 1960-х вся мировая полупроводниковая индустрия приняла подход Fairchild к созданию кремниевых микросхем, и для них появился рынок в военных областях, в частности в аэрокосмической отрасли».
Я взял интервью у Гордона Мура в мае 2015 года в Исследовательском центре в Сан-Франциско, во время празднования пятидесятой годовщины закона Мура. Хотя в то время ему сравнялось 86 лет, все его микропроцессоры определённо работали с огромной эффективностью! Как объяснил мне Мур, в конце 1964-го журнал «Электроника» попросил его представить для выпуска, посвящённого 35-летию журнала, статью, где рассказывалось бы о том, что произойдет в индустрии полупроводниковых компонентов в ближайшие десять лет. Поэтому он взял свои записи и просмотрел, что уже произошло к тому времени: Fairchild перешли от одного транзистора на чипе к чипу с примерно восемью элементами (транзисторами и резисторами), в то время как новые микросхемы, которые они собирались выпускать, уже имели 16 элементоввдвое больше. А в лаборатории экспериментировали с тридцатью двумя элементами и представляли, как доберутся до шестидесяти четырех! Просматривая свой дневник, он заметил, что мощность удваивается каждый год, поэтому в статье для журнала и выдвинул предположение: подобное удваивание продолжится ещё как минимум десять лет.
Итак, в ставшей позднее знаменитой статье для «Электроники» от 19 апреля 1965 года«Создание большего количества компонентов на интегральных схемах» Мур заявил: «Сложность производства при минимальных затратах на компоненты возрастала за год примерно в два раза. Нет никаких оснований полагать, что этот рост не будет почти постоянным в течение как минимум десяти лет».
Позже Карвер Мид, профессор Caltech, инженер и друг Гордона Мура, назвал это заявление «законом Мура».
Полвека спустя Мур объяснял мне:
Я смотрел на интегральные схемыони действительно были новшеством в то время (им было всего несколько лет), и они стоили очень дорогио. Много спорили о том, почему им никогда не стать дешёвыми. Возглавив лабораторию, я начал понимать: если мы научимся размещать всё больше компонентов на чипе, это сделает электронику дешевле. Но я понятия не имел, насколько точным окажется прогноз. Знал лишь, в каком направлении шла общая тенденция развития микрочипов, поэтому пришлось указать какую-то причину, по которой важно было снизить стоимость электроники
Первоначальный прогноз охватывал десять лет: рост с 60 элементов на интегральной схеме до 60 тысячэкстраполяция в тысячу раз. И прогноз сбылся! Но Мур понимал, что темпы роста вряд ли будут устойчивыми, поэтому в 1975-м обновил свой прогноз и сказал, что удвоение будет происходить примерно каждые два года, а цена на новые микрочипы останется почти такой же.
И закон Мура продолжил работать.
«Сам факт, что подобное происходит в течение пятидесяти лет, в самом деле удивителен, признался Мур. Вы понимаете, ведь всегда оставались технологические барьеры, которые легко можно предвидеть. Они должны были помешать сделать следующий шаг, но когда мы приближались к ним, инженеры находили способ так или иначе обойти возникшие ограничения».
Что ещё поразительно в статье Мура 1965 года, это сколько его предсказаний о возможностях стабильно улучшающихся микрочипов оказались верными.
Домашние компьютеры, или, по крайней мере, терминалы, подключённые к центральному серверу. Автоматическое управление для автомобилей и персональное портативное оборудование связи. Электронные наручные часы. Технологии телефонной связи, интегральные схемы в мультиплексном оборудовании, разделяющие каналы, переключающие телефонные линии и обрабатывающие данные. Мощные и по-разному организованные компьютеры, которые производятся с меньшими затратами и с большим оборотом
Можно сказать, Мур предвосхитил и персональный компьютер, и мобильный телефон, и беспилотные автомобили, и iPad, и большие данные, и Apple Watch. Помню, я даже пошутил тогда: единственное, что Мур пропустил, так это «попкорн из микроволновки».
Я спросил Мура, был ли такой момент, когда он пришёл домой и спросил у жены Бетти: «Дорогая, они и вправду назвали закон в мою честь?»
В первые двадцать лет я не мог произнести термин «закон Мура» мне было страшно неловко, признался он. Ведь это был даже не закон Потом я наконец-то привык и теперь могу говорить о нём с невозмутимым лицом.
Есть ли то, что ещё вы хотели предсказать, но не сделали? допытывался я.
Влияние Интернета меня поразило, ответил Мур. Казалось, будет просто ещё одна мелкая коммуникационная сеть, которая решит определённые проблемы. Нет, я не осознавал, что Интернет откроет целую вселенную новых возможностей. Вот что я хотел бы предсказать.
Существует так много замечательных примеров исполнения закона Мура, что трудно выбрать среди них фаворита. Один из лучших примеров предложил писатель Джон Ланчестер в эссе «Роботы идут», опубликованном 15 марта 2015 года в London Review of Books.
«В 1996 году, писал Ланчестер, в ответ на российско-американский мораторий на ядерные испытания 1992 года правительство США запустило программу под названием «Ускоренная стратегическая вычислительная инициатива» ASCI. Приостановка испытаний привела к необходимости запуска сложных компьютерных симуляций возрастных изменений вооружений, находящихся на хранении (с точки зрения их безопасности), а также (да, мы живём в опасном мире!) для разработки новых типов вооружения, не нарушающих условия моратория».
Развивая этот пример, Ланчестер добавил ещё кое-что.
ASCI требовалось больше вычислительной мощности, чем могло быть предоставлено любым из существующих компьютеров. И для решения проблемы был создан ASCI Redпервый суперкомпьютер, обрабатывающий более одного терафлопа. «Флоп» операция с плавающей запятой, другими словами, вычисление с использованием чисел, включающих десятичные точки (в вычислительном смысле процесс гораздо более требовательный, чем вычисления с двоичными единицами и нулями). Терафлопэто триллион таких вычислений в секунду. В 1997-м Red заработал на полную мощность. Это был поистине выдающийся результатего мощность достигала 1,8 терафлопа. Проще говоря 18, за которыми следуют 11 нулей. До конца 2000 года Red оставался самым мощным суперкомпьютером в мире.
Я играл на Red буквально вчера. Точнее, то был не Red, а другое устройство, но с мощностью 1,8 терафлопа. Этот аналог Red называется PS3 (PlayStation 3). Sony запустила его в производство в 2005 году, и уже в 2006-м оно появилось на полках магазинов. Размер Red был немногим меньше теннисного корта, потреблял электричества как восемьсот домов и стоил 55 миллионов долларов. А PS3 помещается под телевизором, работает от обычной розетки, и её можно купить менее чем за двести фунтов. За десятилетие компьютер, способный обрабатывать 1,8 терафлопа, превратился из супертехнологии, доступной лишь самому богатому правительству мира для вычислительных операций, казавшихся невероятными, в игрушку для подростка, которую он может получить в подарок на Рождество.
Теперь, когда закон Мура перешёл на вторую половину шахматной доски, далеко ли он сможет по ней зайти? Как мы уже говорили, микрочип состоит из транзисторовминиатюрных переключателей. Они соединены крошечными медными проводами, которые действуют как трубы, по которым текут электроны. Принцип работы микросхемы заключается в том, что вы проталкиваете электроны настолько быстро, насколько возможно, через множество медных проводов на одной микросхеме. Когда вы посылаете электроны от одного транзистора к другому, то запускаете включение или выключение данного переключателя и таким образом выполняете какую-то вычислительную функцию. С каждым новым поколением микрочипов задача усложняетсянадо протолкнуть электроны через всё более тонкие провода ко всё большему количеству меньших по размеру переключателей, чтобы всё быстрее открывать и перекрывать поток электронов и генерировать больше вычислительной мощности при минимально возможном количестве потребления энергии и выделения тепла. И при столь низкой стоимости, насколько только возможно.