Компьютеры пятого поколения

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Компьютер пятого поколения PIM/m-1, один из немогих, увидевших свет

Компью́теры пя́того поколе́ния (яп. 第五世代コンピュータ) — широкомасштабная правительственная программа в Японии по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта, предпринятая в 1980-е годы. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта. Начало разработок — 1982, конец разработок — 1992, стоимость разработок — 57 млрд ¥ (порядка 500 млн $).

[править] Возникновение проекта

К моменту начала проекта Япония не являлась лидером в области компьютерных технологий, хотя достигла большого успеха в реализации компьютеров и приборов, беря за основу американские или английские разработки. Министерство Международной Торговли и Промышленности Японии (MITI) решило форсировать прорыв Японии в лидеры, и с 70-х годов министерство стало строить прогнозы о будущем компьютеров, поручив Японскому Центру Развития Обработки Информации (JIPDEC) указать несколько наиболее перспективных направлений для будущих разработок, а в 1979 был предложен трёхлетний контракт для более глубоких исследований, подключая промышленные и академические организации. Именно в это время и появился термин «компьютеры пятого поколения».

Этот термин должен был подчеркнуть, что Япония планирует совершить новый качественный скачок в развитии вычислительной техники. Первым поколением считались ламповые компьютеры, вторым — транзисторные, третьим — компьютеры на интегральных схемах, а четвёртым — с использованием микропроцессоров. В то время как предыдущие поколения совершенствовались за счёт увеличения количества элементов на единицу площади (миниатюризации), компьютеры пятого поколения должны были для достижения сверхпроизводительности интегрировать огромное количество процессоров.

[править] Задачи исследования

Главные направления исследований были следующими:

• Технологии логических заключений (inference) для обработки знаний
• Технологии для работы со сверхбольшими базами данных и базами знаний
• Рабочие станции с высокой производительностью
• Компьютерные технологии с распределёнными функциями
• Суперкомпьютеры для научных вычислений

Речь шла о компьютере с параллельными процессорами, работающим с данными, хранящимися в обширной базе данных, а не в файловой системе. При этом, доступ к данным должен был осуществляться с помощью языка логического программирования. Предполагалось, что прототип машины будет обладать производительностью между 100 млн и 1 млрд LIPS, где LIPS — это логическое заключение в секунду. К тому времени типовые рабочие станции были способны на производительность около 100 тысяч LIPS.

Ход разработок представлялся так, что компьютерный интеллект, набирая мощность, начинает изменять сам себя, и целью было создать такую компьютерную среду, которая сама начнёт производить следующую, причём принципы, на которых будет построен окончательный компьютер, были заранее неизвестны, эти принципы предстояло выработать в процессе эксплуатации начальных компьютеров.

Далее, для резкого увеличения производительности, предлагалось постепенно заменять программные решения аппаратными, поэтому не делалось резкого разделения между задачами для программной и аппаратной базы.

Ожидалось добиться существенного прорыва в области решения прикладных задач искусственного интеллекта. В частности, должна были быть решены следующие задачи:

• печатная машинка, работающая под-диктовку, которая сразу устранила бы проблему ввода иероглифического текста, которая в то время стояла в Японии очень остро
• автоматический портативный переводчик с языка на язык (разумеется, непосредственно с голоса), который сразу бы устранил языковый барьер японских предпринимателей на международной арене
• автоматическое реферирование статей, поиск смысла и категоризация
• другие задачи распознавания образов — поиск характерных признаков, дешифровка, анализ дефектов и т. п.

От суперкомпьтеров ожидалось эффективное решение задач массивного моделирования, в первую очередь в аэро- и гидродинамике.

Эту программу предполагалось реализовать за 10 лет, три года для начальных исследований и разработок, четыре года для построения отдельных подсистем, и последние четыре года для завершения всей прототипной системы. В 1982 правительство Японии решило дополнительно поддержать проект, и основало Институт Компьютерной Технологии Нового Поколения (ICOT), объединив для этого инвестиции различных японских компьютерных фирм.

[править] Международный резонанс

Вера в будущее параллельных вычислений была в то время настолько глубокой, что проект «компьютеров пятого поколения» был принят в компьютерном мире очень серьёзно. После того, как Япония в 70-е годы заняла передовые позиции в бытовой электронике, и в 80-е стала выходить в лидеры в автомобильной промышленности, японцы приобрели репутацию непобедимых. Проекты в области параллельной обработки данных тут же начали разрабатывать в США — в Корпорации по Микроэлектронике и Компьютерной Технологии (MCC), в Великобритании — в фирме Олви (Alvey), и в Европе в рамках Европейской Стратегической Программы Исследований в области Информационных Технологий (ESPRIT).

[править] Параллельный суперкомпьютер МАРС в СССР

В СССР также начались исследования параллельных архитектур программирования, для этого в 1985 году было создано ВНТК СТАРТ, которому за три года удалось создать процессор «Кронос» и прототипный мультипроцессорный компьютер МАРС.

В отличие от японцев, задача интеграции огромного числа процессоров и реализация распределённых баз знаний на базе языков типа Пролог не ставилась, речь шла об архитектуре, поддерживающей язык высокого уровня типа Модула-2 и параллельные вычисления. Поэтому проект нельзя назвать пятым поколением в японской терминологии.

В 1988 проект был успешно завершён, но не был востребован и не получил продолжения по причине Перестройки и невыгодной для отечественной компьютерной индустрии рыночной ситуации. «Успех» заключался в частичной реализации прототипной архитектуры (в основном, аппаратных средств), однако подобный японскому «большой скачок» в области программирования, баз данных и искусственного интеллекта в рамках этого проекта даже не планировался.

[править] Трудности реализации

Последующие десять лет проект «компьютеров пятого поколения» стал испытывать ряд трудностей разного типа.

Первая проблема заключалась в том, что язык Пролог, выбранный за основу проекта, не поддерживал параллельных вычислений, и пришлось разрабатывать собственный язык, способный работать в мультипроцессорной среде. Это оказалось трудным — было предложено несколько языков, каждый из которых обладал собственными ограничениями.

Другая проблема возникла с производительностью процессоров. Оказалось, что технологии 80-х годов быстро перескочили те барьеры, которые перед началом проекта считались «очевидными» и непреодолимыми. А запараллеливание многих процессоров не вызывало ожидаемого резкого скачка производительности. Получилось так, что рабочие станции, созданные в рамках проекта успешно достигли и даже превзошли требуемые мощности, но к этому времени появились коммерческие компьютеры, которые были ещё мощнее.

Помимо этого, проект «Компьютеры пятого поколения» оказался ошибочным с точки зрения технологии производства программного обеспечения. Ещё в период разработки этого проекта фирма Apple разработала графический интерфейс (GUI). А позднее появился Интернет, и возникла новая концепция распределения и хранения данных, при этом интернетовские поисковые машины привели к новому качеству хранения и доступа разнородной информации. Надежды на развитие логического программирования, питаемые в проекте «Компьютеры пятого поколения» оказались иллюзорными, преимущественно по причине ограниченности ресурсов и ненадёжности технологий.

Идея саморазвития системы, по которой система сама должна менять свои внутренние правила и параметры, оказалась непродуктивной — система, переходя через определённую точку, скатывалась в состояние потери надёжности и утраты цельности, резко «глупела» и становилась неадекватной.

Идея широкомасштабной замены программных средств аппаратными оказалась в корне неверной, развитие компьютерной индустрии пошло по противоположному пути, совершенствуя программные средства при более простых, но стандартных аппаратных. Проект был ограничен категориями мышления 1970-х годов и не смог провести чёткого разграничения функций программной и аппаратной части компьютеров.

[править] Оценка проекта

С любых точек зрения проект можно считать абсолютным провалом. За десять лет на разработки было истрачено более 50 млрд ¥, и программа завершилась, не достигнув цели. Рабочие станции так и не вышли на рынок, потому что однопроцессорные системы других фирм превосходили их по параметрам, программные системы так и не заработали, появление Интернета сделало все идеи проекта безнадёжно устаревшими.

Неудачи проекта объясняются сочетанием целого ряда объективных и субъективных факторов.

• ошибочная оценка тенденций развития компьютеров — перспективы развития аппаратных средств были катастрофически недооценены, а перспективы искусственного интеллекта были волюнтаристки переоценены, многие из планируемых задач искусственного интеллекта так и не нашли эффективного коммерческого решения до сих пор, в то время как мощность компьютеров несоизмеримо выросла.
• ошибочная стратегия связанная с разделением задач, решаемых программно и аппаратно, проявившееся в стремлении к постепенной замене программных средств аппаратными, что привело к излишнему усложнению аппаратных средств
• отсутствие опыта и глубинного понимания специфики задач искусственного интеллекта с надёжной на то, что авось увеличение производительности и неведомые базовые принципы системы приведут к её самоорганизации,
• трудности, выявившиеся по мере исследования реального ускорения, которое получает система логического программирования при запараллеливании процессоров. Проблема состоит в том, что во многопроцессорной системе резко возрастают затраты на коммуникацию между отдельными процессорами, которые практически нивелируют выгоду от параллелизации операций, отчего с какого-то момента добавление новых процессоров почти не улучшает производительности системы
• ошибочный выбор языков типа Лисп и Пролог для создания базы знаний и манипулирования данными. В 1980-е годы эти системы программирования пользовались популярностью для САПР и экспертных систем, однако эксплуатация показала, что приложения оказываются малонадёжными и плохо отлаживаемыми по сравнению с системами, разработанными обычными технологиями, отчего от этих идей пришлось отказаться. Кроме того, трудность вызвала реализация «параллельного Пролога», которая так и не была успешно решена
• низкий общий уровень технологии программирования того времени и диалоговых средств (что ярко выявилось в 1990-е годы)
• чрезмерная рекламная кампания проекта «национального престижа» в сочетании с волюнтаризмом и некомпетентностью высших должностных лиц, не позволяющая адекватно оценивать состояние проекта в процессе его реализации

[править] Источники на японском языке

• 「第五世代コンピュータの計画」渕一博、廣瀬健（著）、海鳴社、1984年、ISBNなし。
• 「第五世代コンピュータ」村上国男、内田俊一（著）（『国産コンピュータはこうして作られた』p225～240、共立出版、1985年、ISBN 4320022785）
• 『日本のコンピュータ発達史』情報処理学会（編）、オーム社、1998年、ISBN 4274078647
• 高橋茂(著)、『コンピュータクロニクル』、オーム社、1996年、ISBN 4274023192

[править] Cсылки

• Edward A.Feigenbaum and Pamela McCorduck, The Fifth Generation: Aritficial Intelligence and Japan's Computer Challenge to the World, Michael Joseph, 1983. ISBN 0-7181-2401-4
• Ehud Shapiro. The family of concurrent logic programming languages ACM Computing Surveys. September 1989.
• Carl Hewitt and Gul Agha. Guarded Horn clause languages: are they deductive and Logical? International Conference on Fifth Generation Computer Systems, Ohmsha 1988. Tokyo.
• Shunichi Uchida and Kazuhiro Fuchi Proceedings of the FGCS Project Evaluation Workshop Institute for New Generation Computer Technology (ICOT). 1992.

• What is FGCS Technologies? - The main page of the project. Includes pictures of prototype machines.
• Fifth Generation Computing Conference Report
• The fifth generation: Japan's computer challenge to the world- 1984 article from Creative Computing
• ICOT home page (now AITRG)
• ICOT Free Software
• FGCS museum
• KL1 to C compiler homepage
• Conference proceedings on FGCS
• Процессор КРОНОС и проект МАРС