Компьютерные системы пятого поколения

Материал из wikixw
Перейти к навигации Перейти к поиску

Fifth Generation Computer Systems (FGCS) была инициативой Министерства международной торговли и промышленности Японии (MITI), начатой в 1982 году, по созданию компьютеров с использованием массовых параллельных вычислений и логического программирования. Это должно было быть результатом правительственного / промышленного исследовательского проекта в Японии в 1980-х годах. Целью проекта было создание "эпохального компьютера" с суперкомпьютерной производительностью и создание платформы для будущих разработок в области искусственного интеллекта. Существовал также несвязанный российский проект, также названный компьютером пятого поколения (см. Kronos (компьютер)).

Эхуд Шапиро в своей статье "Отчет о поездке" (которая сосредоточила проект FGCS на параллельном логическом программировании в качестве программной основы для проекта), захватил обоснование и мотивы, управляющие этим проектом: 

   "В рамках стремления Японии стать лидером в компьютерной индустрии Институт компьютерных технологий нового поколения приступил к разработке революционного десятилетнего плана развития больших компьютерных систем, которые будут применимы к системам обработки информации знаний. Эти компьютеры пятого поколения будут построены вокруг концепций логического программирования. Чтобы опровергнуть обвинение в том, что Япония использует знания из-за рубежа, не внося никакого собственного вклада, этот проект будет стимулировать оригинальные исследования и сделает их результаты доступными для международного исследовательского сообщества ".

Термин "пятое поколение" предназначался для обозначения системы как продвинутой. В истории вычислительной техники компьютеры, использующие вакуумные трубки, назывались первым поколением; транзисторы и диоды - вторым; интегральные схемы - третьим; а компьютеры, использующие микропроцессоры, - четвертым. В то время как предыдущие поколения компьютеров были сосредоточены на увеличении количества логических элементов в одном процессоре, пятое поколение, как считалось в то время, вместо этого обратится к огромному количеству процессоров для повышения производительности.

Проект должен был создать компьютер в течение десяти лет. После завершения проекта компания рассмотрит возможность инвестирования в новый проект "шестого поколения". Мнения о его исходе разделились: либо это был сбой, либо он опередил свое время.

Информация[править]

В конце 1965—х годов он был одним из наиболее часто используемых до начала 1970-х годов, было много разговоров о "поколениях" компьютерного оборудования - обычно "три поколения".

  1. Первое поколение: термоэлектронные вакуумные трубки. Середина 1940-х годов. IBM стала пионером в размещении вакуумных трубок в подключаемых модулях. IBM 650 был компьютером первого поколения.
  2. Второе поколение: транзисторы. 1956. Начинается эра миниатюризации. Транзисторы намного меньше, чем вакуумные трубки, потребляют меньше энергии и выделяют меньше тепла. Дискретные транзисторы припаяны к печатным платам, причем межсоединения выполняются трафаретными проводящими узорами на обратной стороне. IBM 7090 был компьютером второго поколения.
  3. Третье поколение: интегральные схемы (кремниевые чипы, содержащие несколько транзисторов). 1964. Новаторским примером является модуль ACPX, используемый в IBM 360/91, который, укладывая слои кремния на керамическую подложку, вмещал более 20 транзисторов на чип; чипы могли быть упакованы вместе на печатную плату для достижения беспрецедентной логической плотности. IBM 360/91 был гибридным компьютером второго и третьего поколений.

Из этой таксономии исключены компьютеры "нулевого поколения", основанные на металлических шестернях (таких как IBM 407) или механических реле (таких как Mark I), а также компьютеры третьего поколения, основанные на очень крупномасштабных интегральных схемах (VLSI).

Существовал также параллельный набор поколений программного обеспечения:

На протяжении этих нескольких поколений вплоть до 1970-х годов Япония строила компьютеры по примеру США и Великобритании. В середине 1970-х годов Министерство международной торговли и промышленности перестало следовать западным тенденциям и начало изучать будущее вычислительной техники в небольших 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 представляет препятствия для компьютеров. В результате этих препятствий MITI провел конференцию, чтобы обратиться за помощью к экспертам.

Основными областями исследований в рамках этого первоначального проекта были:

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

Проект представлял собой "эпохальный компьютер" с суперкомпьютерной производительностью, 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 проекта ФСКН была разработка "Систем обработки информации знаний" (грубо говоря, прикладного искусственного интеллекта). Выбранным инструментом для реализации этой цели было логическое программирование. Подход к логическому программированию as был охарактеризован Мартеном Ван Эмденом – одним из его основателей – как:

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

Более технически, это может быть суммировано в двух уравнениях:

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

Обычно используемые аксиомы - это универсальные аксиомы ограниченной формы, называемые роговыми или определенными предложениями. Утверждение, доказанное в вычислении, является экзистенциальным утверждением. Доказательство является конструктивным и предоставляет значения для экзистенциально количественных переменных: эти значения составляют результат вычисления.

Логическое программирование мыслилось как нечто, объединяющее различные направления информатики (программную инженерию, базы данных, компьютерную архитектуру и искусственный интеллект). Казалось, что логическое программирование было ключевым недостающим звеном между инженерией знаний и параллельными компьютерными архитектурами.

Проект представлял собой параллельный вычислительный компьютер, работающий поверх больших баз данных (в отличие от традиционной файловой системы), использующий 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 были способны примерно на 100k LIPS. Они предложили построить эту машину в течение десяти лет, 3 года для начальных исследований и разработок, 4 года для создания различных подсистем и последние 3 года для завершения работы прототипа системы. В 1982 году правительство решило продолжить проект и основало Институт компьютерных технологий нового поколения (ICOT) путем совместных инвестиций с различными японскими компьютерными компаниями.

В том же году, во время посещения ICOT, Эхуд Шапиро изобрел Concurrent Prolog, новый язык параллельного программирования, который интегрировал логическое программирование и параллельное программирование. Параллельный пролог - это логический язык программирования, предназначенный для параллельного программирования и параллельного выполнения. Это процессно-ориентированный язык, который воплощает синхронизацию потоков данных и неопределенность охраняемых команд в качестве основных механизмов управления. Шапиро описал язык в отчете, помеченном как ICOT Technical Report 003, который представлял параллельный интерпретатор пролога, написанный на прологе. Работа Шапиро по параллельному прологу вдохновила изменение направления FGCS от сосредоточения на параллельной реализации пролога к сосредоточению на параллельном логическом программировании в качестве программной основы для проекта. Он также вдохновил язык программирования параллельной логики Guarded Horn Clauses (GHC) от Ueda, который был основой KL1, языка программирования, который был окончательно разработан и реализован проектом FGCS в качестве основного языка программирования.

Реализация[править]

Вера в то, что параллельные вычисления были будущим всего прироста производительности, созданного проектом пятого поколения, вызвала волну опасений в компьютерной области. Оказав влияние на сферу бытовой электроники в 1970-х годах и на автомобильный мир в 1980-х годах, японцы в 1980-х годах 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 и в Европе как Европейская стратегическая программа исследований в области информационных технологий (ESPRIT), а также Европейский исследовательский центр компьютерной индустрии (ECRC) в Мюнхене, сотрудничество между ICL в Великобритании, Bull во Франции и Siemens в Германии.

В конечном итоге было выпущено пять параллельных машин вывода (PIM): PIM/m, PIM/p, PIM/i, PIM/k, PIM/c. Проект также создал приложения для работы на этих системах, такие как параллельная система управления базами данных Kappa, система юридических рассуждений HELIC-II и автоматизированное доказательство теорем MGTP, а также приложения к биоинформатике.

Сбой[править]

Проект FGCS не имел коммерческого успеха по причинам, аналогичным компаниям Lisp machine и Thinking Machines. Сильно параллельная компьютерная архитектура в конечном итоге была превзойдена по скорости менее специализированным оборудованием (например, рабочими станциями Sun и машинами Intel x86). Проект действительно произвел новое поколение перспективных японских исследователей. Но после проекта FGCS MITI прекратил финансирование крупномасштабных компьютерных исследовательских проектов, и исследовательский импульс, созданный проектом FGCS, рассеялся. Однако MITI/ICOT приступил к проекту шестого поколения в 1990-х годах.

Основной проблемой был выбор 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; было разработано несколько языков, все со своими собственными ограничениями. В частности, функция committed choice параллельного программирования логики ограничений вмешивалась в логическую семантику языков.

Другая проблема заключалась в том, что существующая производительность процессора быстро преодолела барьеры, которые эксперты воспринимали в 1980-х годах, и ценность параллельных вычислений упала до такой степени, что она некоторое время использовалась только в нишевых ситуациях. Несмотря на то, что в течение срока службы проекта было спроектировано и построено несколько рабочих станций увеличивающейся мощности, они, как правило, вскоре оказались превосходящими "готовые" устройства, доступные в продаже.

Проект также не смог поддерживать непрерывный рост. За время своего существования графические интерфейсы стали мейнстримом в компьютерах; Интернет позволил локально хранящимся базам данных стать распределенными; и даже простые исследовательские проекты обеспечивали лучшие реальные результаты в интеллектуальном анализе данных.Кроме того, проект обнаружил, что обещания логического программирования были в значительной степени сведены на нет использованием совершенного выбора.

К концу десятилетнего периода на реализацию проекта было потрачено более 50 миллиардов иен (около 400 миллионов долларов США по курсу 1992 года), и он был прекращен, так и не достигнув поставленных целей. Рабочие станции не имели привлекательности на рынке, где системы общего назначения теперь могли заменить и превзойти их. Это параллельно рынку машин Lisp, где основанные на правилах системы, такие как CLIPS, могут работать на компьютерах общего назначения, что делает ненужными дорогостоящие машины Lisp.

Опередил свое время[править]

Несмотря на то, что они не принесли большого успеха, многие из подходов, рассматриваемых в проекте пятого поколения, такие как логическое программирование, были распространены по массивным базам знаний и в настоящее время переосмысливаются в современных технологиях. Например, язык веб-онтологий (OWL) использует несколько уровней логических систем представления знаний. Похоже, однако, что эти новые технологии изобрели, а не использовали подходы, исследованные в рамках инициативы пятого поколения.

В начале 21-го века начали распространяться многие разновидности параллельных вычислений, включая многоядерные архитектуры на низком уровне и массовую параллельную обработку на высоком уровне. Когда тактовые частоты процессоров стали переходить в диапазон 3-5 ГГц, рассеиваемая мощность процессора и другие проблемы стали более важными. Способность промышленности производить все более быстрые однопроцессорные системы (связанные с Законом Мура о периодическом удвоении количества транзисторов) начала находиться под угрозой. Обычные потребительские машины и игровые приставки стали иметь параллельные процессоры, такие как Intel Core, AMD K10 и Cell. Компании, производящие видеокарты, такие как Nvidia и AMD, начали внедрять большие параллельные системы, такие как CUDA и OpenCL. Опять же, однако, не ясно, что эти разработки были значительно облегчены проектом пятого поколения.

Таким образом, утверждается, что проект пятого поколения был революционным, однако все еще имел области падения.

См.также[править]

Язык программирования пятого поколения

Читать[править]

dl.acm.org/doi/abs/10.1145/358172.358179

Пруф[править]

/web.archive.org/web/20120212012656/http://csdl2.computer.org/comp/mags/ex/2008/02/mex2008020002.pdf

Источник — https://wikixw.ru/index.php?title=Компьютерные_системы_пятого_поколения&oldid=47660