Компьютер пятого поколения - Fifth generation computer

В Компьютерные системы пятого поколения (ФСКН) был инициативой Японии Министерство международной торговли и промышленности (MITI), начатое в 1982 году, для создания компьютеров с использованием массивно-параллельные вычисления и логическое программирование. Это должно было стать результатом масштабного исследовательского проекта правительства / промышленности в Японии в 1980-х годах. Он был направлен на создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и обеспечение платформы для будущих разработок в искусственный интеллект. Был также не связанный с этим российский проект, также названный компьютером пятого поколения (см. Кронос (компьютер) ).

Проф. Эхуд Шапиро в своей статье "Отчет о поездке"[1] (в котором основное внимание уделялось проекту FGCS параллельное логическое программирование в качестве программной основы проекта), отражает логическое обоснование и мотивацию этого огромного проекта:

«В рамках усилий Японии, направленных на то, чтобы стать лидером в компьютерной индустрии, Институт компьютерных технологий нового поколения запустил революционный десятилетний план разработки больших компьютерных систем, которые будут применимы к системам обработки информации знаний. Эти пятого поколения 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» был предназначен для обозначения системы как шага за пределы существующих машин. в история вычислительной техники, компьютеры, использующие вакуумные трубки были названы первым поколением; транзисторы и диоды, второй; интегральные схемы, третий; 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 должен был создать компьютер 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 - начале 1970-х годов 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 сменных модулях. В IBM 650 был компьютером 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. В IBM 7090 был компьютером второго поколения.
  3. Третье поколение: интегральные схемы (кремниевые микросхемы, содержащие несколько транзисторов). 1964 г. Новаторским примером является модуль ACPX, используемый в IBM 360/91, который путем наложения слоев кремния на керамическую подложку размещал более 20 транзисторов на кристалле; микросхемы можно было упаковать вместе на печатной плате, чтобы достичь неслыханной логической плотности. IBM 360/91 был гибридным компьютером второго и третьего поколения.

Из этой классификации исключен компьютер «нулевого поколения» на основе металлических шестеренок (таких как IBM 407 ) или механических реле (таких как Mark I), а также компьютеров после третьего поколения, основанных на очень крупномасштабных интегрированных (СБИС ) схемы.

Также существовал параллельный набор поколений программного обеспечения:

  1. Первое поколение: Машинный язык.
  2. Второе поколение: Языки программирования низкого уровня Такие как язык ассемблера.
  3. Третье поколение: Структурированный языки программирования высокого уровня Такие как C, КОБОЛ и FORTRAN.
  4. Четвертое поколение: "Непроцедурный" языки программирования высокого уровня (например, объектно-ориентированные языки)[2]

На протяжении этих нескольких поколений вплоть до 1970-х годов Япония в значительной степени была последователем на компьютерной арене, создавая компьютеры, следуя примеру США и Великобритании. Министерство международной торговли и промышленности решило попытаться вырваться из этой модели «следования за лидером» и в середине 1970-х годов начало в небольших масштабах заглядывать в будущее вычислительной техники. Они спросили Японский центр развития обработки информации (JIPDEC), чтобы указать ряд будущих направлений, и в 1979 году предложил 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 улучшение сталелитейной промышленности, создание нефтяного супертанкер, автомобильная промышленность, бытовая электроника и компьютерная память. MITI решил, что будущее за информационные технологии. Тем не менее японский язык как в письменной, так и в устной форме представляли и до сих пор представляют собой серьезные препятствия для компьютеров. Эти препятствия нельзя было воспринимать легкомысленно. Поэтому MITI провел конференцию и пригласил людей со всего мира помочь им.

Основными областями исследования этого первоначального проекта были:

  • Компьютерные технологии логического вывода для обработки знаний
  • Компьютерные технологии для обработки крупномасштабных баз данных и базы 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, прикладная Искусственный интеллект ). Выбранный инструмент для реализации этой цели был логическое программирование. Подход логического программирования, как охарактеризовал один из его основателей Маартен Ван Эмден:[3]

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

Технически это можно выразить двумя уравнениями:

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

Обычно используемые аксиомы - это универсальные аксиомы ограниченной формы, называемые Роговые оговорки или же определенные предложения. Утверждение, доказанное в ходе вычислений, является экзистенциальным утверждением. Доказательство является конструктивным и предоставляет значения для экзистенциально количественно определенных переменных: эти значения составляют результат вычисления.

Логическое программирование считалось чем-то, что объединяет различные градиенты информатики (программная инженерия, базы данных, компьютерная архитектура и искусственный интеллект ). Казалось, что логическое программирование было «недостающим звеном» между инженерия знаний и параллельные компьютерные архитектуры.

Проект представлял собой параллельная обработка компьютер работает поверх массивного базы данных (в отличие от традиционного файловая система ) используя язык логического программирования для определения и доступа к данным. 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 в течение десятилетнего периода, 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 учредило Институт компьютерных технологий нового поколения (ICOT) через совместные инвестиции с различными японскими компьютерными компаниями.

В том же году, во время посещения ICOT, профессор Эхуд Шапиро изобрел Concurrent Пролог, новый язык параллельного программирования, объединяющий логическое программирование и параллельное программирование. Concurrent Prolog - это язык логического программирования, предназначенный для параллельного программирования и параллельного выполнения. Это процессно-ориентированный язык, который воплощает поток данных синхронизация и охраняемая команда неопределенность в качестве основных механизмов управления. Шапиро описал язык в Отчете, помеченном как Технический отчет ICOT 003,[4] который представил параллельный пролог устный переводчик написано на Прологе. Работа Шапиро над Concurrent Prolog вдохновила на изменение направления FGCS с сосредоточения внимания на параллельной реализации Prolog к сосредоточению внимания на параллельное логическое программирование в качестве программной основы проекта. Он также вдохновил Уэда на создание языка параллельного логического программирования Guarded Horn Clauses (GHC), который был основой KL1, язык программирования, который был наконец разработан и реализован в рамках проекта FGCS в качестве основного языка программирования.

Выполнение

Убежденность в том, что параллельные вычисления - это будущее всего роста производительности, была настолько укоренилась, что проект пятого поколения вызвал большие опасения в компьютерной сфере. Увидев, как японцы захватили бытовая электроника поле в 1970-х и, очевидно, делает то же самое в автомобильный В мире в 1980-х японцы в 1980-х имели репутацию непобедимых. Вскоре параллельные проекты были созданы в США как Стратегическая вычислительная инициатива и Корпорация микроэлектроники и компьютерных технологий (MCC), в Великобритании как Алви, а в Европе как Европейская стратегическая программа исследований в области информационных технологий (ESPRIT), а также Европейский центр исследований компьютерной индустрии (ECRC) в Мюнхен, сотрудничество между ICL в Британии, Бык во Франции и Сименс в Германии.

Пять бегущих Машины параллельного вывода (PIM) были произведены: PIM / m, PIM / p, PIM / i, PIM / k, PIM / c. В рамках проекта также были созданы приложения для работы в этих системах, такие как параллельный система управления базами данных Каппа, система юридических рассуждений СПРАВОЧНИК-II, а автоматическое доказательство теорем MGTP, а также приложения к биоинформатика.

Отказ

Проект FGCS не имел коммерческого успеха по причинам, аналогичным Лисп-машина компании и Думающие машины. Высоко параллельная компьютерная архитектура в конечном итоге уступила по скорости менее специализированному оборудованию (например, рабочие станции Sun и Intel x86 машины). 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 представление знаний и язык решения проблем для приложений AI. Это никогда не происходило чисто; был разработан ряд языков, каждый со своими ограничениями. В частности, особенность целенаправленного выбора параллельное программирование логики ограничений вмешивалась в логическую семантику языков.[5]

Другая проблема заключалась в том, что существующая производительность ЦП быстро преодолела «очевидные» барьеры, которые эксперты воспринимали в 1980-х годах, и ценность параллельных вычислений быстро упала до точки, когда в течение некоторого времени они использовались только в нишевых ситуациях. Хотя ряд рабочие станции увеличивающейся мощности были спроектированы и построены на протяжении всего срока реализации проекта, они, как правило, вскоре оказались уступающими по производительности «готовым», доступным на рынке.

Проект также пострадал от того, что оказался на неправильной стороне технологической кривой. За время своего существования GUI стали мейнстримом в компьютерах; то Интернет возможность распространения локально хранимых баз данных; и даже простые исследовательские проекты обеспечили лучшие реальные результаты в области интеллектуального анализа данных.[нужна цитата ] Более того, в рамках проекта выяснилось, что обещания логическое программирование в значительной степени отвергаются использованием совершенного выбора.[нужна цитата ]

В конце десятилетнего периода на проект было потрачено более 50 миллиардов йен (около 400 миллионов долларов США по обменному курсу 1992 года), и он был прекращен, не достигнув поставленных целей. Рабочие станции не были привлекательны на рынке, где системы общего назначения теперь могли взять на себя их работу и даже обогнать их. Это параллельно с рынком машин Лиспа, где системы на основе правил, такие как КЛИПЫ может работать на компьютерах общего назначения, делая ненужными дорогие Lisp-машины.[6]

Впереди своего времени

Несмотря на возможность считать проект провальным, многие из подходов, предусмотренных в проекте пятого поколения, такие как логическое программирование, распределенное по огромным базам знаний, теперь заново 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, исследованных в рамках инициативы пятого поколения.

В начале 21 века многие ароматы параллельные вычисления начали распространяться, в том числе многоядерный архитектуры на низком уровне и массовая параллельная обработка на высоком уровне. Когда тактовые частоты процессоров начали переходить в диапазон 3–5 ГГц, Рассеивание мощности процессора и другие проблемы стали более важными. Способность промышленность для производства все более быстрых однопроцессорных систем (связанных с Закон Мура по поводу периодического удвоения количества транзисторов) начали угрожать. Обычные бытовые машины и Игровые приставки начали иметь параллельные процессоры, такие как Intel Core, AMD K10, и Клетка. Видеокарта такие компании, как Nvidia и AMD, начали внедрять большие параллельные системы, такие как CUDA и OpenCL. И снова, однако, неясно, способствовал ли этим разработкам каким-либо значительным образом проект пятого поколения.

Таким образом, можно сделать веские доводы в пользу того, что проект пятого поколения опередил свое время, но остается спорным, противоречит ли это утверждениям о том, что это был провал, или оправдывает их.

Рекомендации

  1. ^ Шапиро, Эхуд Ю. «Проект пятого поколения - отчет о поездке». Сообщения ACM 26.9 (1983): 637-641.
  2. ^ http://www.rogerclarke.com/SOS/SwareGenns.html
  3. ^ Ван Эмден, Маартен Х. и Роберт А. Ковальски. «Семантика логики предикатов как языка программирования». Журнал ACM 23.4 (1976): 733-742.
  4. ^ Shapiro E. Подмножество Concurrent Prolog и его интерпретатор, Технический отчет ICOT TR-003, Институт компьютерных технологий нового поколения, Токио, 1983. Также в Concurrent Prolog: Collected Papers, E. Shapiro (ed.), MIT Press, 1987 , Глава 2.
  5. ^ Карл Хьюитт. Устойчивость к несогласованности в логическом программировании ArXiv 2009.
  6. ^ Хендлер, Джеймс (1 марта 2008 г.). «Как избежать еще одной зимы искусственного интеллекта» (PDF). Интеллектуальные системы IEEE. 23 (2): 2–4. Дои:10.1109 / MIS.2008.20. Архивировано из оригинал (PDF) 12 февраля 2012 г.