Жить не по Муру

Математик Николай Суетин — о том, как не проморгать смену технологических эпох и успешно вписаться в новую

Мало кто задавался вопросом: что привело к фантастическим изменениям, произошедшим в жизни людей на глазах всего лишь одного поколения? На этот вопрос можно ответить одним словом: транзисторы. Именно их совершенствование — или, другими словами, развитие полупроводниковой электроники — дало беспрецедентные возможности для сбора, обработки, хранения и передачи огромных массивов информации. Нет другой такой отрасли, которая демонстрировала бы похожие темпы роста вот уже более 50 лет.

Эту тенденцию предсказал в 1965 году один из основателей корпорации Intel Гордон Мур. В опубликованной тогда статье он прогнозировал, что каждые два года стоимость производства одного транзистора будет падать вдвое, а число транзисторов на интегральной схеме — вдвое расти. Соответственно, вычислительная мощность практически всех устройств тоже удваивается примерно каждые два года.

В течение полувека этот процесс удвоения, получивший название «закон Мура», был настолько всеобъемлющим, что привел к цифровой революции, позволив информационным технологиям проникнуть практически во все области нашей жизни. Более того, закон стал основным драйвером развития и самой полупроводниковой индустрии. Все производственные и технологические нормы регулярно менялись, чтобы обеспечить уменьшение размеров транзисторов, что отражалось в названии технологий: 130 нанометров, потом 110, потом 90, 65, 45, 32, 22, 16, 12. В результате современные процессоры состоят из нескольких миллиардов транзисторов, а производство одного транзистора стоит меньше, чем печать одной буквы на лазерном принтере.

Но все хорошее когда-нибудь кончается — закон Мура вышел на насыщение. По некоторым оценкам, начиная с 20 нм, стоимость производства одного транзистора уже не падает. Это связано с ростом числа и стоимости технологических операций, необходимых для его производства. По консенсусному мнению экспертов, примерно к 2020 году дальнейшее уменьшение топологических размеров транзисторов столкнется как с фундаментальными физическими, так и с экономическими ограничениями. А это значит, что нынешняя технологическая эпоха кончается и потребуются новые драйверы развития.

С учетом того, что емкость электронных хранилищ резко увеличивается (закон Крайдера) и одновременно растет пропускная способность электронных цепей (закон Нильсена), слабым звеном в дальнейшем развитии становится скорость обработки огромных массивов получаемых данных. И в этом смысле прорывными становятся два направления, развитие которых на много порядков увеличит вычислительные возможности.

Первое такое направление — нейроподобные (нейронные) системы, основанные на дизайне человеческого мозга, который сочетает высокую энергоэффективность, массовый параллелизм обработки информации, а также интегрирован с высокочувствительными встроенными сенсорами. При решении многих практических задач такие системы будут существенно превосходить и уже превосходят имеющиеся.

Второе направление, которое будет знаменовать смену технологических эпох, — создание квантовых компьютеров, обещающих быть в тысячи или даже миллионы раз более мощными, чем существующие сейчас.

Осознание сущности текущей технологической эпохи и грядущих глобальных перемен имеет огромное практическое значение: нам надо встретить их во всеоружии и быть готовыми к тому, чтобы войти в число мировых технологических лидеров. Такие шансы у России есть: если в области микроэлектроники российским компаниям было трудно угнаться за международными гигантами, то в области нейронных сетей, машинного обучения, искусственного интеллекта, робототехники, квантовых вычислений мы вполне конкурентоспособны, учитывая наш математический и софтовый бэкграунд.

Но для того, чтобы успешно идти вперед, необходимо разработать новые парадигмы инноваций для новой эры. За последние 30 лет инновации, особенно в цифровом пространстве, были довольно предсказуемыми. Мы более или менее представляли себе скорость улучшения технологии, и это позволяло нам с высокой степенью уверенности предсказать, что будет возможно в ближайшие годы. Это привело к тому, что инновационные усилия были сосредоточены в первую очередь на приложениях с большим упором на конечного пользователя. Более мобильные стартапы, которым удалось увидеть свою нишу на рынке, спроектировать продукт, протестировать его и быстро вывести на рынок, могли конкурировать с крупными, успешными компаниями, у которых, казалось бы, гораздо больше ресурсов и возможностей. Быстрота принятия решений и мобильность часто становились решающими конкурентными преимуществами.

Однако в ближайшем будущем маятник, похоже, готов качнуться от приложений к более фундаментальным технологиям. Инновационный процесс будет во многом напоминать технологическое развитие 1950-х – 1960-х годов. Чтобы быть успешными на рынке, компаниям будет жизненно важно отслеживать развитие академической науки, идентифицировать релевантные научные достижения и получать к ним доступ. Потребуются инновационные организации, которые будут объединять усилия государства, научных центров и частных компаний. Университетам надо будет срочно разработать программы обучения по приоритетным технологическим направлениям и без промедления внедрить их в учебный процесс, так как острый дефицит специалистов во многих инновационных областях ощущается уже сейчас. Важно осознать, что в наступающую технологическую эпоху ключевым конкурентным преимуществом станут институциональное взаимодействие и мобилизация соответствующих финансовых, технологических и человеческих ресурсов.

Автор — вице-президент по науке и образованию Фонда «Сколково», доктор математических наук

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции