В Донецке работают над компьютером будущего

В Донецком национальном техническом университете разрабатывается концепция компьютеров будущего, которая в ближайший десяток лет может существенно изменить основы функционирования  привычных нам «компов». Последующие поколения компьютеров будут активно использовать идеи постбинарного компьютинга.

Обывателю это словосочетание вряд ли о чем-то скажет. Тем не менее оно появилось именно в Донецке и, по словам специалистов, способно совершить мировой переворот в современной технике, и не только компьютерной. Разработчиком революционной идеи стал факультет компьютерных наук и технологий ДонНТУ во главе с его деканом, профессором кафедры компьютерной инженерии, Александром Аноприенко.

Округлять не будем

Каждые десять лет мощность и производительность компьютеров увеличивается примерно в тысячу раз. Учитывая, что количество их за этот же период также увеличивается почти в тысячу раз, то, соответственно, можно представить, насколько в окружающем нас мире увеличивается количество выполняемых компьютерами  вычислений. А это намного увеличивает риск ошибок и погрешностей даже с учетом того, что в современных компьютерах их вероятность ничтожно мала. По мнению донецких ученых, дальнейшее расширение масштабов компьютеризации должно обязательно сопровождаться  существенным ростом надежности и точности вычислений, что уже невозможно без значительных изменений  в самой логике компьютерного мышления.

Большинство нынешних компьютеров использует простую бинарную систему, в которой все что угодно может быть закодировано в виде нулей и единиц. Этот подход позволяет достаточно просто и сохранять информацию, и выполнять над ней необходимые операции. По сути, сейчас все компьютеры работают только с двумя значениями и логическими категориями: «да» и «нет». Но, по словам Александра Яковлевича, такой упрощенный подход уже не может удовлетворять многие потребности современных компьютерных систем, используемых, к примеру, в компьютерном моделировании или в управлении современными самолетами и автомобилями.

Одной из попыток обойти эти ограничения является разработка суперсовременных квантовых компьютеров. Но такие компьютеры - это относительно далекое будущее. А компьютерная логика всего лишь с двумя значениями устарела уже сейчас. Недаром самолеты и поезда, управляемые вычислительными машинами, время от времени все-таки терпят аварии. Более того, из-за компьютерных ошибок все еще происходят и страшные катастрофы. В критической ситуации, когда нужно принимать более тонкое и точное решение, система «да» и «нет» часто не срабатывает. Следовательно, компьютеры нужно научить более сложной логике, ведь задача машин - подсказывать человеку, как себя вести в сложной ситуации.

"Многие сложные вещи в нынешних компьютерах представляются в весьма упрощенном виде, - рассказывает профессор ДонНТУ. - Чтобы было понятнее, приведу такой пример. Точность вычислений в обычном компьютере, как правило, фиксирована его разработчиками или программистами и не может гибко адаптироваться к текущим нюансам вычислительного процесса. Для решения повседневных бытовых задач это совершенно не имеет значения. Но если речь идет о создании компьютерных моделей для сложных технических систем, то тут уже важно найти очень сложный компромисс между точностью и производительностью вычислений. В рамках постбинарного компьютинга этот процесс может быть эффективно автоматизирован". 


В полном масштабе

О том, насколько современные достижения компьютеризации необходимы, свидетельствует пример славноизвестного лайнера «Боинг-777», которые благодаря массовому использованию компьютерных технологий стал практически самым безопасным  в мире транспортным средством. Но и он оказался не застрахован от столкновения человеческой логики с компьютерной: в этом году такой самолет практически впервые за 12 лет эксплуатации потерпел серьезную аварию по причине абсолютно нелогичного пилотирования. Этот самолет, кстати, был первым, прототип которого полностью и исключительно создавался методом компьютерного моделирования на сверхточных машинах. На мощных компьютерах сейчас создают и модели современных автомобилей. Это раньше приходилось создавать реальные модели, испытывали их в полевых условиях, а теперь то же самое делается на компьютере. Это намного проще и дешевле.

Донецкие ученые предложили ввести в обязательный компьютерный оборот еще две категории, которые используются в человеческой логике: «и да и нет» и «не да и не нет». Грубо говоря, это даст возможность компьютеру разбираться в нюансах и оттенках, а не только видеть лишь черное и белое. Следовательно, его работа станет гораздо более точной. Когда ответ может содержать определенную степень неопределенности либо двойственности, компьютер становится гибким и автоматически адаптирует точность и скорость вычислений к конкретной задаче и ситуации. Постбинарная логика позволяет компьютеру либо снижать, либо повышать точность вычислений практически до бесконечности.

Как ни странно, создание компьютерного процессора с радикально иным мышлением и поведением в самом ДонНТУ пока воспринимают довольно скромно.

"Не то чтобы программ, гарантирующих точность, не было прежде, - объясняет Александр Аноприенко. - Но сейчас для каждого конкретного случая надо создавать новую высокоточную программу. Мы же хотим, чтобы гибкость человеческой логики в сочетании с недоступной человеку практически абсолютной точностью были встроенными, базовыми возможностями всех компьютерных систем. Тогда компьютер сможет без каких-либо потерь воспроизводить реалии нашего мира. Если говорить о тех же компьютерных моделях, то сейчас они становятся все более многомасштабными и сложными. Создателям автомобиля нужно просчитать, как он будет себя вести в самых непредсказуемых ситуациях и погодных условиях. И бортовая система этого автомобиля должна будет помочь водителю справиться с управлением во всех опасных и нестандартных случаях. Это повышает не только удобство управления, но и безопасность езды. Вот умению просчитывать все многообразие вариантов мы и хотим научить наш новый компьютер".


Модель мира

Сейчас на компьютерах моделируют уже и многие физические процессы, скажем, сверхмощные термоядерные взрывы. Если бы такие испытания проводили в реальных условиях, последствия были бы катастрофическими. Но на компьютере можно позволить себе все. К примеру, швейцарские ученые задумали смоделировать на суперкомпьютере весь процесс текущего развития человечества. Казалось бы, задумка фантастическая, но с помощью постбинарного компьютинга вполне выполнима.

Донецкая разработка способна в будущем изменить весь компьютерный мир. А сравнить переход к иной компьютерной логике можно, наверное, с переходом от черно-белого кино к цветному.

"Сейчас вычислительные машины имеют несколько слабых мест: в первую очередь, необходимость постоянного компромисса между производительностью и точностью, - говорит донецкий ученый. - В рамках постбинарного компьютинга появляется возможность оптимизировать решение этих проблем: при небольшой точности можно обеспечивать максимальную производительность и наоборот".

Говорить о том, что разработкой донецких ученых заинтересовались мировые гиганты компьютерной индустрии, пока очень преждевременно. По крайней мере, Александр Аноприенко говорит, что разработка сейчас находится на этапе научных исследований. До практической реализации ей придется пройти еще множество этапов: проектные исследования, опытное производство, массовое производство и т. д. Безусловно, разработчики планируют представлять свою идею на международных выставках. В частности, ею уже заинтересовались в Сколково. В ближайшее время в ДонНТУ собираются создать опытные образцы компьютерных процессоров, которые будут работать уже по новой, постбинарной логике.


Прогноз

Александр Аноприенко уверен, что в ближайшие годы производители компьютерного «железа» задумаются о создании микросхем, которые смогут эффективно реализовать все преимущества постбинарного компьютинга. Подтолкнуть их к этому может, например, назревающая компьютерная нанореволюция в медицине, где любая ошибка или неточность может стоить человеческой жизни. Не исключено, что лет через 10-20 миллиарды постбинарных нанороботов станут главным медицинским инструментарием. Ведь точные компьютеры нужны не только для того, чтобы предсказывать климатические катастрофы и управлять атомными реакторами.

 
Данный текст публикуется в рамках сотрудничества "Новости Донбасса" и газеты "Панорама" в разделе "Газеты".