Компьютер пятого поколения - Fifth generation computer

В Пятое поколение компьютерных систем ( FGCS ) была инициатива Японии Министерство международной торговли и промышленности (MITI), начатое в 1982 году, чтобы создать компьютеры с помощью массивно параллельных вычислений и логическое программирование . Он должен был стать результатом исследовательского проекта правительства / промышленности в Японии в 1980-х годах. Его целью было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и обеспечение платформы для будущих разработок в области искусственного интеллекта . Был также несвязанный российский проект, также названный компьютером пятого поколения (см. Кронос (компьютер) ).

Эхуд Шапиро в своей статье «Отчет о поездке» (в которой основное внимание уделялось параллельному логическому программированию как программной основе проекта FGCS) изложил логическое обоснование и мотивацию этого проекта:

«В рамках усилий Японии, направленных на то, чтобы стать лидером в компьютерной индустрии, Институт компьютерных технологий нового поколения запустил революционный десятилетний план развития больших компьютерных систем, которые будут применимы к системам обработки информации. компьютеры будут построены на основе концепций логического программирования. Чтобы опровергнуть обвинение в том, что Япония использует знания из-за границы, не внося никаких собственных, этот проект будет стимулировать оригинальные исследования и сделает их результаты доступными для международного исследовательского сообщества ".

Термин «пятое поколение» должен был передать систему как продвинутую. В истории вычислительной техники компьютеры, использующие электронные лампы, были названы первым поколением; транзисторы и диоды , вторые; интегральные схемы , третья; и те, кто использует микропроцессоры , четвертый. В то время как предыдущие поколения компьютеров были сосредоточены на увеличении количества логических элементов в одном процессоре, пятое поколение, как широко считалось в то время, вместо этого обратится к огромному количеству процессоров для повышения производительности.

Проект предусматривал создание компьютера в течение десятилетнего периода, после чего он считался завершенным и начинались инвестиции в новый проект «шестого поколения». Мнения по поводу его исхода разделились: либо это был провал, либо он опередил свое время.

Информация

В конце 1965-х он был одним из самых используемых до начала 1970-х, много говорилось о «поколениях» компьютерного оборудования - обычно «трех поколениях».

1. Первое поколение: термоэлектронные вакуумные лампы. Середина 1940-х годов. IBM первой использовала электронные лампы в подключаемых модулях. IBM 650 был компьютер первого поколения.
2. Второе поколение: транзисторы. 1956. Начинается эра миниатюризации. Транзисторы намного меньше электронных ламп, потребляют меньше энергии и выделяют меньше тепла. Дискретные транзисторы припаяны к печатным платам, а межсоединения выполнены с помощью проводящих рисунков, экранированных по трафарету, на обратной стороне. IBM 7090 был компьютер второго поколения.
3. Третье поколение: интегральные схемы (кремниевые чипы, содержащие несколько транзисторов). 1964 г. Новаторским примером является модуль ACPX, используемый в IBM 360/91, в котором путем наложения слоев кремния на керамическую подложку размещается более 20 транзисторов на кристалл; микросхемы могут быть упакованы вместе на печатной плате для достижения беспрецедентной логической плотности. IBM 360/91 был гибридным компьютером второго и третьего поколения.

Из этой таксономии не вошли компьютер «нулевого поколения» на основе металлических шестерен (таких как IBM 407 ) или механических реле (таких как Mark I), а также компьютеры после третьего поколения, основанные на очень крупномасштабной интегрированной системе ( VLSI). ) схемы.

Существовал также параллельный набор поколений программного обеспечения:

1. Первое поколение : машинный язык .
2. Второе поколение : языки программирования низкого уровня, такие как язык ассемблера .
3. Третье поколение : структурированные языки программирования высокого уровня, такие как C , COBOL и FORTRAN .
4. Четвертое поколение : «непроцедурные» языки программирования высокого уровня (например, объектно-ориентированные языки).

На протяжении этих нескольких поколений вплоть до 1970-х годов Япония создавала компьютеры, следуя примеру США и Великобритании. В середине 1970-х годов Министерство международной торговли и промышленности перестало следовать западным указаниям и начало смотреть в будущее вычислительной техники в малых масштабах. Они попросили Японский центр развития обработки информации (JIPDEC) указать ряд будущих направлений, а в 1979 году предложили трехлетний контракт на проведение более глубоких исследований вместе с промышленностью и академическими кругами. Именно в этот период начал использоваться термин «компьютер пятого поколения».

До 1970-х годов руководство MITI имело такие успехи, как усовершенствованная сталелитейная промышленность, создание нефтяного супертанкера , автомобильная промышленность, бытовая электроника и компьютерная память. MITI решил, что будущее за информационными технологиями . Однако японский язык , особенно в его письменной форме, представлял и до сих пор является препятствием для компьютеров. В результате этих препятствий MITI провело конференцию, на которой обратилось за помощью к экспертам.

Основными областями исследования этого первоначального проекта были:

• Компьютерные технологии логического вывода для обработки знаний
• Компьютерные технологии для обработки крупномасштабных баз данных и баз знаний
• Высокопроизводительные рабочие станции
• Распределенные функциональные компьютерные технологии
• Суперкомпьютеры для научных расчетов

Проект представлял собой «эпохальный компьютер» с производительностью суперкомпьютера, использующий массовые параллельные вычисления / обработку. Целью было создание параллельных компьютеров для приложений искусственного интеллекта с использованием параллельного логического программирования. Проект FGCS и его обширные результаты внесли большой вклад в развитие области параллельного логического программирования.

Целью, определенной проектом FGCS, была разработка «Системы обработки информации о знаниях» (грубо говоря, прикладного искусственного интеллекта ). Выбранный инструмент для реализации этой цели - логическое программирование . Подход логического программирования, как охарактеризовал один из его основателей Маартен Ван Эмден:

• Использование логики для выражения информации в компьютере.
• Использование логики для представления проблем компьютеру.
• Использование логического вывода для решения этих проблем.

Технически это можно описать двумя уравнениями:

• Программа = Набор аксиом .
• Вычисление = Доказательство утверждения из аксиом .

Обычно используемые аксиомы - это универсальные аксиомы ограниченной формы, называемые Horn-clauses или определенные-clauses . Утверждение, доказанное в ходе вычислений, является экзистенциальным утверждением. Доказательство является конструктивным и предоставляет значения для экзистенциально количественно определяемых переменных: эти значения составляют результат вычислений.

Логическое программирование считалось чем-то, что объединяет различные градиенты информатики ( программная инженерия , базы данных , компьютерная архитектура и искусственный интеллект ). Казалось, что логическое программирование было ключевым недостающим звеном между инженерией знаний и параллельными компьютерными архитектурами.

Проект представлял собой компьютер с параллельной обработкой, работающий поверх больших баз данных (в отличие от традиционной файловой системы ), использующий язык логического программирования для определения данных и доступа к ним. Они предполагали построить прототип машины с производительностью от 100M до 1G LIPS, где LIPS - это логический вывод в секунду. В то время типичные рабочие станции могли выполнять около 100 тыс. LIPS. Они предложили построить эту машину за десятилетний период, 3 года на начальные исследования и разработки, 4 года на создание различных подсистем и последние 3 года на завершение работающего прототипа системы. В 1982 году правительство решило продолжить проект и создало Институт компьютерных технологий нового поколения (ICOT) за счет совместных инвестиций с различными японскими компьютерными компаниями.

В том же году, во время посещения ICOT, Эхуд Шапиро изобрел Concurrent Prolog , новый язык параллельного программирования, объединяющий логическое программирование и параллельное программирование. Параллельный Пролог - это язык логического программирования, предназначенный для параллельного программирования и параллельного выполнения. Это процессно-ориентированный язык , который воплощает в себе синхронизацию потока данных и защищенную неопределенность команд в качестве основных механизмов управления. Шапиро описал язык в Отчете, обозначенном как Технический отчет ICOT 003, в котором представлен интерпретатор параллельного Пролога, написанный на Прологе. Работа Шапиро над Concurrent Prolog вдохновила на изменение направления FGCS с сосредоточения внимания на параллельной реализации Prolog к фокусированию на параллельном логическом программировании как программной основе проекта. Он также вдохновил Уэда на создание языка параллельного логического программирования Guarded Horn Clauses (GHC), который лег в основу KL1 , языка программирования, который, наконец, был разработан и реализован в рамках проекта FGCS в качестве основного языка программирования.

Реализация

Вера в то, что параллельные вычисления - это будущее всего роста производительности, порожденного проектом пятого поколения, вызвала волну опасений в компьютерной сфере. После того , как японцы оказали влияние на сферу бытовой электроники в 1970-х и на автомобильный мир в 1980-х, в 1980-х годах японцы приобрели прочную репутацию. Вскоре параллельные проекты были созданы в США как Strategic Computing Initiative и Microelectronics and Computer Technology Corporation (MCC), в Великобритании как Alvey , а также в Европе как Европейская стратегическая программа исследований в области информационных технологий (ESPRIT). как Европейский центр исследований компьютерной индустрии (ECRC) в Мюнхене , результат сотрудничества ICL в Великобритании, Bull во Франции и Siemens в Германии.

В конечном итоге было создано пять запущенных машин параллельного вывода (PIM): PIM / m, PIM / p, PIM / i, PIM / k, PIM / c. В рамках проекта также были созданы приложения для работы в этих системах, такие как параллельная система управления базами данных Kappa, система юридического обоснования HELIC-II и автоматическое средство доказательства теорем MGTP , а также приложения для биоинформатики .

Отказ

Проект FGCS не имел коммерческого успеха по причинам, аналогичным причинам, связанным с компаниями-производителями машин Lisp и Thinking Machines . В конечном итоге высокопараллельная компьютерная архитектура была превзойдена по скорости менее специализированным оборудованием (например, рабочими станциями Sun и машинами Intel x86 ). В результате проекта появилось новое поколение многообещающих японских исследователей. Но после проекта FGCS MITI прекратил финансирование крупномасштабных проектов компьютерных исследований, и импульс исследований, набранный в рамках проекта FGCS, рассеялся. Однако MITI / ICOT приступили к реализации проекта шестого поколения в 1990-х годах.

Основная проблема заключалась в выборе параллельного логического программирования в качестве моста между параллельной компьютерной архитектурой и использованием логики в качестве языка представления знаний и решения проблем для приложений ИИ. Это никогда не происходило чисто; был разработан ряд языков, каждый со своими ограничениями. В частности, функция обязательного выбора в параллельном программировании с ограничениями мешала логической семантике языков.

Другая проблема заключалась в том, что существующая производительность ЦП быстро преодолела барьеры, которые эксперты воспринимали в 1980-х годах, и ценность параллельных вычислений упала до такой степени, что в течение некоторого времени они использовались только в нишевых ситуациях. Несмотря на то, что ряд рабочих станций увеличивающейся мощности были спроектированы и построены в течение всего срока реализации проекта, они, как правило, вскоре оказались уступающими по характеристикам «готовым», доступным на рынке.

Проекту также не удалось сохранить постоянный рост. За время своего существования графические интерфейсы пользователя стали широко использоваться в компьютерах; Интернет позволило локально хранятся базы данных , чтобы распределиться; и даже простые исследовательские проекты обеспечили лучшие реальные результаты в области интеллектуального анализа данных. Более того, проект обнаружил, что обещания логического программирования в значительной степени сводятся на нет из-за использования твердого выбора.

В конце десятилетнего периода проект потратил более 50 миллиардов йен (около 400 миллионов долларов США по обменному курсу 1992 года) и был прекращен, не достигнув поставленных целей. Рабочие станции не были привлекательны на рынке, где системы общего назначения теперь могли заменить их и превзойти их по производительности. Это параллельно с рынком машин на Лиспе, где системы на основе правил, такие как CLIPS, могут работать на компьютерах общего назначения, делая ненужными дорогие машины на Лиспе.

Опережая свое время

Несмотря на то, что они не принесли большого успеха, многие из подходов, представленных в проекте пятого поколения, такие как логическое программирование, были распределены по огромным базам знаний и теперь повторно интерпретируются в современных технологиях. Например, язык веб-онтологий (OWL) использует несколько уровней систем представления знаний на основе логики. Однако похоже, что эти новые технологии представляют собой переосмысление, а не усиление подходов, исследуемых в рамках инициативы пятого поколения.

В начале 21 века начали распространяться многие разновидности параллельных вычислений , включая многоядерные архитектуры на низком уровне и массово параллельную обработку на высоком уровне. Когда тактовые частоты процессоров стали переходить в диапазон 3–5 ГГц, рассеяние мощности процессора и другие проблемы стали более важными. Способность промышленности производить все более быстрые однопроцессорные системы (связанные с законом Мура о периодическом удвоении количества транзисторов) оказалась под угрозой. Обычные потребительские машины и игровые консоли начали иметь параллельные процессоры, такие как Intel Core , AMD K10 и Cell . Производители видеокарт, такие как Nvidia и AMD, начали внедрять большие параллельные системы, такие как CUDA и OpenCL . И снова, однако, неясно, каким-либо образом способствовал этим разработкам проект «Пятое поколение».

Подводя итог, можно сказать, что проект пятого поколения был революционным, но все же имел некоторые недостатки.

использованная литература