В рамках совместного проекта ПостНауки и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого мы публикуем лекцию доктора технических наук Владимира Заборовского, посвященную роли компьютерных технологий в инженерной деятельности и проектировании новых систем.
Որպես Post-Science- ի և Պետերբուրգի Մեծ Սանկտ Պետերբուրգի պոլիտեխնիկական համալսարանի համատեղ ծրագրի մաս, մենք հրատարակում ենք Տեխնիկական գիտությունների դոկտոր Վլադիմիր Զաբորովսկու դասախոսությունը `տեխնիկայի ոլորտում համակարգչային տեխնոլոգիաների դերի և նոր համակարգերի նախագծման վերաբերյալ:
На сегодняшний день, если мы анализируем возможности, которые открываются перед нами, с точки зрения новых технологий, мы должны принять к сведению несколько кардинально новых обстоятельств, которые определяют то, что называется технологическим ландшафтом нашей цивилизации. Примерно 20 лет назад появилось понятие «экономика, основанная на знаниях». Это метафора, которая воодушевила довольно многих, в том числе инженеров и ученых, сдвинуть свои исследования в сторону, где интеллектуальные технологии будут определять то, что будет в ближайшее время создаваться, те возможности, открывающиеся нам в ближайшей перспективе, и те возможности, которые нас ждут в ближайшие десятилетия или даже больший период времени.
Այսօր, եթե մենք վերլուծում ենք մեր առջև բացվող հնարավորությունները, նոր տեխնոլոգիաների տեսանկյունից, մենք պետք է հաշվի առնենք մի քանի կարդինալ նոր հանգամանքներ, որոնք որոշում են, թե ինչ է կոչվում մեր քաղաքակրթության տեխնոլոգիական լանդշաֆտը: Մոտ 20 տարի առաջ հայտնվեց «գիտելիքահեն տնտեսություն» հասկացությունը: Սա փոխաբերություն է, որը ոգեշնչել է բավականին շատերին ՝ ներառյալ ինժեներներն ու գիտնականները, իրենց հետազոտությունները տեղափոխել այն կողմ, որտեղ խելացի տեխնոլոգիաները կորոշեն, թե ինչ կստեղծվի առաջիկայում, այն հնարավորությունները, որոնք կբացվեն մոտ ապագայում և այն հնարավորությունները, որոնք մենք սպասելով առաջիկա տասնամյակների կամ նույնիսկ ավելի երկար ժամանակահատվածի:
Если говорить о тех возможностях, которые на сегодняшний день являются ключевыми для получения экономических преимуществ, завоевания того или иного положения в научных исследованиях, то все эти возможности так или иначе связаны с тем, что принято называть компьютерными науками. И когда такая метафора, как компьютерные науки, произносится, всегда надо понимать, что под этим подразумевается несколько достаточно тесно связанных, но все-таки разных групп вопросов. Наш Институт компьютерных наук и технологий реализует следующие три группы исследований: прежде всего, компьютерные науки как науки о создании новых компьютеров, затем компьютерные науки и технологии как науки о создании программного обеспечения, и третья область деятельности — это компьютерные науки как сфера применения компьютеров в различных областях знаний.
Եթե մենք խոսում ենք այն հնարավորությունների մասին, որոնք այսօր առանցքային են տնտեսական օգուտներ քաղելու և գիտական հետազոտություններում որոշակի դիրք գրավելու համար, ապա այդ բոլոր հնարավորությունները ինչ-որ կերպ կապված են այն հետ, ինչը սովորաբար կոչվում է համակարգչային գիտություն: Եվ երբ համակարգչային գիտության այնպիսի փոխաբերություն է, որ պետք է միշտ հասկանալ, որ սա նշանակում է մի քանի բավականին սերտ կապված, բայց դեռ հարցերի տարբեր խմբեր: Մեր համակարգչային գիտության և տեխնոլոգիաների ինստիտուտը իրականացնում է հետևյալ երեք հետազոտական խմբերը ՝ նախևառաջ ՝ համակարգչային գիտությունը, որպես նոր համակարգիչներ ստեղծելու գիտություն, այնուհետև համակարգչային գիտությունն ու տեխնոլոգիան, որպես ծրագրային ապահովման ստեղծման գիտություն, և գործունեության երրորդ ոլորտը համակարգչային գիտությունն է, քանի որ համակարգչային տարբեր ոլորտներում կիրառման ոլորտ:
В конечном итоге получается совершенно новая картина, новый ландшафт технологической реальности, когда инженерные знания, фундаментальные науки и любая деятельность, связанная с общественной или художественной деятельностью, так или иначе используют компьютерные технологии в своих решениях и своих приложениях. И те решения, которые в перспективе будут достигнуты, безусловно, связаны с применением этих технологий.
Արդյունքը լրիվ նոր պատկեր է, տեխնոլոգիական իրականության նոր լանդշաֆտ, երբ ինժեներական գիտելիքները, հիմնարար գիտությունները և ցանկացած գործունեություն, որը կապված է սոցիալական կամ գեղարվեստական գործունեության հետ, այս կամ այն կերպ օգտագործում է համակարգչային տեխնոլոգիան իրենց որոշումների և կիրառությունների մեջ: Եվ այն որոշումները, որոնք հետագայում կստացվեն, իհարկե, կապված են այդ տեխնոլոգիաների կիրառման հետ:
Возникает вопрос: где же конкурентные преимущества и те возможности, которые мы можем реализовать? Прежде всего это связано с тем, что у нас, в Политехническом университете, создан суперкомпьютерный вычислительный центр, который объединяет в себе на одной технологической платформе все известные на сегодняшний день вычислительные структуры, позволяющие применять компьютерные средства моделирования, анализа и обработки больших данных из различных сфер человеческой деятельности, включая научные расчеты, которые, как принято говорить, находятся за гранью интуиции главного инженера. Это обработка больших данных, когда огромные объемы информации, получаемые из компьютерной сети, в реальном масштабе времени анализируются и применяются либо для информационной безопасности, либо для выхода в тот или иной специальный режим обработки информации или, соответственно, поиска данных, в том числе не только цифровых, но и графических, если это требует распознавания того или иного графического образа.
Հարց է ծագում. Որտե՞ղ են մրցակցային առավելություններն ու հնարավորությունները, որոնք կարող ենք իրականացնել: Նախևառաջ դա պայմանավորված է նրանով, որ մենք ՝ Պոլիտեխնիկական համալսարանում, ստեղծեցինք գերհամակարգչային հաշվարկային կենտրոն, որը մեկ տեխնոլոգիական պլատֆորմի վրա համատեղում է բոլոր ներկայումս գործող հաշվարկային կառույցները, որոնք թույլ են տալիս համակարգչային գործիքներ օգտագործել տարբեր ոլորտներից մեծ տվյալների մոդելավորման, վերլուծության և մշակման համար: մարդկային գործունեությունը, ներառյալ գիտական հաշվարկները, որոնք, ինչպես ասում են, դուրս են գլխավոր ինժեների ինտուիցիայից: Սա տվյալների մեծ վերամշակում է, երբ համակարգչային ցանցից ստացված տեղեկատվության մեծ քանակությունը վերլուծվում է իրական ժամանակում և կիրառվում է կամ տեղեկատվության անվտանգության համար, կամ մուտքագրելու տեղեկատվության մշակման այս կամ մեկ այլ հատուկ ռեժիմ կամ, համապատասխանաբար, տվյալների որոնում, ներառյալ ոչ միայն թվային, բայց նաև գրաֆիկական, եթե դա պահանջում է ճանաչել մեկ կամ մեկ այլ գրաֆիկական պատկեր:
И те возможности, которые на сегодня перед нами открываются, носят характер наддисциплинарных исследований. То есть фактически любая сфера деятельности, связанная с наукой и технологией, в ближайшее время будет использовать возможности суперкомпьютерных систем, которые на сегодняшний день у нас объединены общими ресурсами и могут быть использованы как основной фундамент междисциплинарной кооперации. Какие возможности это перед нами открывает? Если рассматривать компьютерные науки в изолированном виде, то есть в таком представлении, когда они непосредственно не связаны со сферами приложений, то это довольно скучная область, связанная с программированием или чистой математикой. Но когда эти технологии приходят в инженерную деятельность и проектирование новых систем базируется не только на том, о чем инженер догадывается в своем воображении, но он может вычислять решения и, соответственно, находить наилучшие с точки зрения тех или иных критериев, то все эти технологии невозможно реализовать без суперкомпьютерных решений.
Եվ այն հնարավորությունները, որոնք բացվում են մեր առջև այսօր, ունեն բնապահպանական կարգապահական հետազոտությունների բնույթ: Այսինքն ՝ գրեթե գիտական և տեխնոլոգիական ոլորտին առնչվող գործունեության ցանկացած ոլորտ մոտ ապագայում կօգտագործի գերհամակարգչային համակարգերի հնարավորությունները, որոնք այսօր մենք ունենք ընդհանուր ռեսուրսներ և կարող ենք օգտագործվել որպես միջառարկայական համագործակցության հիմնական հիմք: Ի՞նչ հնարավորություններ է սա բացում մեզ համար: Եթե մենք համակարգչային գիտությունը համարում ենք մեկուսացված ձևով, այսինքն ՝ նման տեսակետից, երբ դրանք ուղղակիորեն կապված չեն դիմումների ոլորտների հետ, ապա սա բավականին ձանձրալի տարածք է, որը կապված է ծրագրավորման կամ մաքուր մաթեմատիկայի հետ: Բայց երբ այդ տեխնոլոգիաները մտնում են ինժեներական գործունեության մեջ և նոր համակարգերի նախագծումը հիմնված է ոչ միայն այն բանի վրա, թե ինժեները կռահում է իր երևակայության մեջ, այլ նա կարող է հաշվարկել լուծումները և, համապատասխանաբար, գտնել որոշակի լավագույն չափանիշների տեսակետից, ապա այդ բոլոր տեխնոլոգիաներն անհնար է իրականացնել առանց գերհամակարգչային լուծումների:
Что такое «супер»? «Супер» означает, что это решения, которые мы находим за границами тех возможностей, предоставляемых нам персональными компьютерами. И именно эти возможности на сегодняшний день открывают те перспективы, которые как для технологий, так и для фундаментальных знаний в ближайшее время будут определяющими. Есть знаменитая книга одного из мировых авторитетов в области футурологии Рэя Курцвейла, который на сегодняшний день является техническим директором компании Google, и название этой книги переводится так: «Точка сингулярности близка».
Ի՞նչ է սուպեր: «Սուպեր» նշանակում է, որ դրանք լուծումներ են, որոնք մենք գտնում ենք անհատական համակարգիչների կողմից առաջարկվող հնարավորություններից դուրս: Եվ հենց այդ հնարավորություններն են այսօր բացում այն հեռանկարները, որոնք վճռորոշ կլինեն առաջիկայում ինչպես տեխնոլոգիական, այնպես էլ հիմնարար գիտելիքների համար: Գոյություն ունի ֆուտուրոլոգիայի բնագավառում համաշխարհային իշխանություններից մեկի հանրահայտ գիրքը ՝ Ռեյ Կուրցվիլը, ով ներկայումս Google- ի տեխնիկական տնօրենն է, և այս գրքի վերնագիրը թարգմանվում է հետևյալ կերպ. «Եզակիության կետը մոտ է»: գեների և աշխարհի առաջնության մասին `սպիտակուցների կառուցվածքը կանխատեսելուԲիոինֆորմատիկա Միխայիլ Գելֆանդը ԴՆԹ-ի ծալման վրա, գեների աշխատանքը և աշխարհի առաջնությունը սպիտակուցների կառուցվածքի կանխատեսման վերաբերյալ։
«Точка сингулярности» — это точка, за которой все наши знания, которые накопило человечество на протяжении последних 3000 лет, могут девальвироваться. Почему? Потому что в этой точке — а она уже действительно близка — возможности человеческого интеллекта будут соединены с возможностями обработки информации с использованием суперкомпьютеров. И тогда интерфейсы связи между компьютером и человеком будут созданы не только путем тач-панелей или клавиатуры, но мысли человека, преобразованные в определенные интерфейсные системы, смогут позволить ему таким образом мыслить, обрабатывать данные и иметь доступ к такому объему информации, что его потенциальные возможности как в творческом, так и в инженерном плане будут практически безграничны. И конечно, эта перспектива воодушевляет многих наших ученых и инженеров. Думаю, что в ближайшее время именно направление такого интегрального использования компьютерных технологий станет определяющим для нашей системы образования.
«Մենակության կետը» այն կետն է, որով կարող են արժեզրկվել մեր 3000 գիտելիքները, որ մարդկությունը կուտակել է վերջին 3000 տարվա ընթացքում: Ինչո՞ւ Քանի որ այս պահին, և այն արդեն իսկապես մոտ է, մարդկային հետախուզության հնարավորությունները համատեղվելու են գերհամակարգիչների միջոցով տեղեկատվության մշակման հնարավորությունների հետ: Եվ այդ ժամանակ համակարգչի և անձի միջև հաղորդակցման միջերեսները կստեղծվեն ոչ միայն սենսորային վահանակների կամ ստեղնաշարերի միջոցով, այլև որոշակի ինտերֆեյսային համակարգերի վերածված մարդկային մտքերը կկարողանան թույլ տալ, որ նրանք մտածեն, մշակեն տվյալները և մուտք ունենան այնպիսի այնպիսի ծավալի տեղեկատվություն, որը նրանց հնարավոր հնարավորություններն են: ինչպես ստեղծագործական, այնպես էլ ինժեներական առումով գրեթե անսահմանափակ կլինի: Եվ իհարկե, այս հեռանկարը ոգեշնչում է մեր շատ գիտնականներ և ինժեներներ: Կարծում եմ, որ մոտ ապագայում դա կլինի համակարգչային տեխնոլոգիաների այդպիսի ինտեգրված օգտագործման ուղղությունը, որը որոշիչ կդառնա մեր կրթության համակարգի համար
Ближайшая перспектива создания таких интерфейсов — это, конечно, не просто переход к суперкомпьютерным технологиям, а создание квантовых компьютеров, которые позволят принципиально по-другому представить весь процесс обработки информации. Мы впервые, после того как осознаем, как эти технологии применять, скорее всего, приблизимся к тем возможностям, которые на сегодняшний день представляются абсолютно фантастическими, но именно эти возможности будут определять ландшафт технологий и науки уже в ближайшие 10–20 лет.
Նման միջերեսների ստեղծման անմիջական հեռանկարը, իհարկե, ոչ միայն անցում է կատարում գերհամակարգչային տեխնոլոգիաների, այլ քվանտ համակարգիչների ստեղծում, որը մեզ թույլ կտա հիմնարարորեն այլ կերպ ներկայացնել տեղեկատվության մշակման ամբողջ գործընթացը: Առաջին անգամ, այն բանից հետո, երբ մենք գիտակցում ենք, թե ինչպես կիրառել այդ տեխնոլոգիաները, մենք, ամենայն հավանականությամբ, կմոտենանք այն հնարավորություններին, որոնք այսօր կարծես թե բացարձակապես ֆանտաստիկ են թվում, բայց հենց այդ հնարավորություններն են, որոնք որոշում են տեխնոլոգիաների և գիտության լանդշաֆտը առաջիկա 10-20 տարիներին:
Если говорить о технологических подробностях использования суперкомпьютеров, надо выделить три группы вопросов. Прежде всего, это так называемые облачные вычисления, когда вычислительная структура, которая используется для решения той или иной задачи, не локализована в одном месте, где мы ее ассоциируем с каким-нибудь огромным вычислительным комплексом, а представляет собой распределенную систему. Средства облачных вычислений — это то, что на сегодняшний день доступно на любительском уровне при использовании сети интернет и поиске информации с использованием, например, системы «Яндекс». Но это только верхняя часть айсберга. На самом деле обработка информации в среде виртуальных машин (не машин в виде конструкций из железа и какого-нибудь металла, а именно с точки зрения решения логических задач, то есть распределенных в облачной среде) открывает огромные возможности. Прежде всего это связано с тем, что в среде облачных вычислений можем функционировать не только мы как субъекты, требующие новую информацию, но и роботы, которые через сеть облачных вычислений взаимодействуют друг с другом, также могут взаимодействовать различные сенсорные сети, то есть создавать ту систему, которую принято называть «интернет вещей». То есть когда к сети, к этой новой инфраструктуре информационного обмена будут подключены не только сложные интеллектуальные системы типа роботов, но и все технические системы, так или иначе порождающие и обрабатывающие информацию. С помощью этой новой технологии, средств облачных вычислений и интернета вещей, я думаю, серьезным образом преобразуется весь ландшафт технологической реальности, которая нас окружает.
Եթե մենք խոսում ենք գերհամակարգիչների օգտագործման տեխնոլոգիական մանրամասների մասին, պետք է առանձնացնել հարցերի երեք խումբ: Առաջին հերթին, սրանք ամպային, այսպես կոչված, հաշվողական համակարգեր են, երբ հաշվարկային կառուցվածքը, որն օգտագործվում է որոշակի խնդրի լուծման համար, տեղայնացված չէ մեկ վայրում, որտեղ մենք այն ասոցացնում ենք ինչ-որ հսկայական հաշվարկային համալիրի հետ, բայց բաշխված համակարգ է: Ամպային հաշվողական գործիքներն այն են, ինչը ներկայումս առկա է սիրողական մակարդակում Ինտերնետից օգտվելիս և տեղեկատվություն որոնելու միջոցով, օրինակ ՝ Yandex համակարգը: Բայց սա ընդամենը սառցաբեկորի գագաթն է: Փաստորեն, վիրտուալ մեքենաների միջավայրում տեղեկատվության մշակումը (ոչ թե մեքենաներ երկաթից և որոշ մետաղից պատրաստված կառույցների ձևով, մասնավորապես տրամաբանական խնդիրների լուծման տեսանկյունից, այսինքն ՝ բաշխված ամպային միջավայրում) հսկայական հնարավորություններ են ստեղծում: Նախևառաջ դա պայմանավորված է նրանով, որ ամպային հաշվարկային միջավայրում մենք կարող ենք գործել ոչ միայն որպես նոր տեղեկատվություն պահանջող սուբյեկտներ, այլ նաև ռոբոտներ, որոնք միմյանց հետ փոխազդում են ամպային հաշվարկային ցանցի միջոցով, տարբեր սենսորային ցանցեր նույնպես կարող են փոխազդել, այսինքն ՝ ստեղծել այդ համակարգը , որը կոչվում է «իրերի ինտերնետ»:
Еще одна очень важная задача — это, конечно, задача так называемого искусственного интеллекта. В ближайшее время вряд ли нам удастся понять, как реально организовано наше мышление. Но если мы говорим о том, что физическая реальность — это то, что можно измерить, то все-таки к физической реальности относится и наша интеллектуальная деятельность. Мы находимся в физическом мире, мы действуем как физические объекты, но наше поведение кардинальным образом отличается от того, как по законам Ньютона двигаются, например, планеты. У нас есть те возможности, которых нет у неживых объектов. Но у нас нет части ресурсов, которые неживые объекты могут использовать для себя, поэтому одно из самых перспективных направлений развития компьютерных наук, которые интегрируют знания как в области фундаментальных исследований, так и в инженерной деятельности, — это наука, которую сейчас принято называть либо «цифровая физика», либо «киберфизика», то есть когда наряду с исследованием законов природы, связанных с поведением неживых материальных объектов, в эту систему знаний включаются особенности, вытекающие из возможностей именно живых организмов.
Մեկ այլ շատ կարևոր խնդիր, իհարկե, այսպես կոչված արհեստական ինտելեկտի խնդիրն է: Մոտ ապագայում մենք դժվար թե կարողանանք հասկանալ, թե ինչպես է իրականում կազմակերպվում մեր մտածողությունը: Բայց եթե մենք ասում ենք, որ ֆիզիկական իրականությունը մի բան է, որը կարելի է չափել, ապա այնուամենայնիվ, մեր մտավոր գործունեությունը վերաբերում է նաև ֆիզիկական իրականությանը: Մենք գտնվում ենք ֆիզիկական աշխարհում, մենք գործում ենք որպես ֆիզիկական առարկաներ, բայց մեր պահվածքը սկզբունքորեն տարբերվում է այն բանից, թե ինչպես, օրինակ, Նյուտոնի օրենքների համաձայն, մոլորակները շարժվում են: Մենք ունենք այն հնարավորությունները, որոնք ոչ կենդանի օբյեկտները չունեն: Բայց մենք այն ռեսուրսների մի մասը չունենք, որը ոչ կենդանի օբյեկտները կարող են օգտագործել իրենց համար, հետևաբար համակարգչային գիտության առավել խոստումնալից ոլորտներից մեկը, որը գիտելիքները ինտեգրում է ինչպես հիմնական հետազոտության, այնպես էլ ճարտարագիտության մեջ, այն գիտությունն է, որն այժմ սովորաբար կոչվում է կամ թվային ֆիզիկա », կամ« կիբերֆիզիկա », այսինքն, երբ բնության օրենքների ուսումնասիրմանը զուգընթաց ոչ կենդանի նյութական օբյեկտների վարքագծի հետ կապված, կյանքի հնարավորություններից բխող առանձնահատկությունները ներառված են գիտելիքների այս համակարգում:
Например, по законам Ньютона движение тел осуществляется только при воздействии силы. А мы прекрасно знаем, что мы можем изменить свою траекторию движения по звонку телефона. Никаких сил к нам не прикладывается, но сообщение, которое пришло к нам, меняет направление нашего движения. Понятно, что это простейший пример, но в общем случае киберфизические системы позволяют нам создать модели таких сложных организованных структур, которые на сегодняшний день с точки зрения физики понять невозможно.
Օրինակ, Նյուտոնի օրենքների համաձայն, մարմինների տեղաշարժը կատարվում է միայն ուժի ազդեցության տակ: Եվ մենք շատ լավ գիտենք, որ հեռախոսազանգի միջոցով կարող ենք փոխել մեր շարժման հետագիծը: Մեզ ոչ մի ուժ չի կիրառվում, բայց այն հաղորդագրությունը, որը մեզ հասավ, փոխում է մեր շարժման ուղղությունը: Պարզ է, որ սա ամենապարզ օրինակն է, բայց, ընդհանուր առմամբ, կիբերֆիզիկական համակարգերը մեզ թույլ են տալիս ստեղծել այնպիսի բարդ կազմակերպված կառույցների մոդելներ, որոնք անհնար է հասկանալ ֆիզիկայի տեսանկյունից:
Ключевым элементом развития киберфизики, конечно, являются исследования в области создания искусственного интеллекта и той точки сингулярности, о которой упоминал, что наступит именно тогда, когда наряду со средствами вычислений, традиционно используемых в компьютерных технологиях, нам станут доступны возможности, открывающиеся при использовании технологий и искусственного интеллекта. Вот тогда, действительно, киборги займут все пространство, а мы, одни из этих киборгов, сможем использовать те ресурсы, которые нам достались от природы в наследство.
Կիբերֆիզիկայի զարգացման առանցքային տարրը, իհարկե, արհեստական ինտելեկտի ստեղծման բնագավառում հետազոտությունն է և եզակիության կետը, որը ես նշեցի, որ այն կգա հենց այն ժամանակ, երբ, համակարգչային տեխնոլոգիաների մեջ ավանդաբար օգտագործվող հաշվարկման միջոցների հետ միասին, մենք կունենանք մուտք դեպի հնարավորություններ, որոնք բացվում են օգտագործելով տեխնոլոգիաները և արհեստական բանականություն: Այնուհետև, իսկապես, կիբորգները կգրավեն ամբողջ տարածքը, և մենք ՝ այդ կիբերգներից մեկը, կկարողանանք օգտագործել այն ռեսուրսները, որոնք մենք ժառանգել ենք բնությունից:
Տիգրան Չերքեզյանի բլոգ 