Квантовая симуляция будущего. Главы 5-8

5. Чей компьютер всех быстрее, всех компактней и мощнее?

— Сегодня мы поговорим о компьютерной эволюции, – обратился Олег Геннадьевич к ученикам, – которая будет понятней, если рассматривать её через взаимодействие трёх факторов: задач, требующих сложных вычислений; доступной технологической базы; использование новых физических принципов.

Олег Геннадьевич окинул взглядом класс, убедившись, что ученики сконцентрировались и внимательно его слушают, и продолжил:

— Опустим из рассмотрения примитивные деревянные и механические устройства, а начнём с 1941 года, когда в IBM была разработана и построена первая в мире программируемая электромеханическая машина «Марк I», способная выполнять инструкции с перфорированной бумажной ленты. В конце Второй мировой войны машина применялась ВМФ США для выполнения сложных баллистических расчётов. Однако все 3,5 тысячи механических реле «Марк I» обладали ограниченным запасом выносливости и требовали замены спустя примерно 50 000 переключений. Машина производила всего три операции сложения или вычитания в секунду. Наконец, обычное насекомое, пробравшееся внутрь, грозило нарушить её работу – что часто и случалось, породив современное словечко «баг».

К 1945 году, когда США приступили к разработке термоядерного оружия, понадобились более надёжные и быстродействующие компьютеры. Требовались управляемые переключатели, построенные на новых физических принципах – электронные ламповые диоды, которые куда надёжнее и быстрее механических реле. Они могли переключаться сотни и тысячи раз в секунду и служили дольше.

В 1946 году состоялась презентация первого программируемого компьютера общего назначения ENIAC, или «Электронного числового интегратора и вычислителя». Система весила 27 тонн, занимала площадь в 167 квадратных метров и состояла из 17 500 электронных ламп. Компьютер потреблял 160 кВт энергии и сильно нагревался во время работы: температура в машинном зале поднималась до 50 градусов Цельсия. Компьютер выполнял до 357 операций умножения или 5 тыс. операций сложения в секунду. Новым словом в конструировании машин стала двоичная система счисления, ENIAC всё ещё использовал десятичную.

Подошла к концу Вторая мировая война, и команде проекта пришлось срочно адаптировать своё детище для решения новых задач: расчёт конструкции водородной бомбы; прогнозы погоды; исследования космических лучей; изучение случайных чисел; проектирование аэродинамических труб.

Программирование ЭВМ первого поколения, к которой относился ENIAC, осуществлялось в машинных кодах (язык низкого уровня). Затем появились языки-ассемблеры. В них для удобства числовые коды команд заменили мнемокодами – их буквенными обозначениями.

Были и проблемы. Поскольку в ENIAC содержалось почти 18 000 радиоламп, они регулярно выходили из строя, из-за чего работы приостанавливались примерно раз в день. Их необходимо было заменять, на что требовалось время.

В компьютерах второго поколения вместо электровакуумных ламп использовали транзисторы, что позволило повысить надёжность и скорость машин.

Первая установка IBM 7090 была произведена в 1959 года. В отличие от предшественников, в нём использовалось 50 тысяч транзисторов. Эти компьютеры применяли для масштабных научных исследований, в системах раннего предупреждения о баллистических ракетах и в проектах космических полётов Меркурия и Близнецов.

IBM 7090 выполнял 40 000 операций умножения и деления в секунду или 229 000 операций вычитания и сложения с плавающей точкой, что сделало ЭВМ бесценным инструментом для учёных и инженеров.

Для машин второго поколения стали появляться языки программирования высокого уровня, одним из которых стал FORTRAN.

Бурно развивающаяся авиация и космическая техника требовали миниатюрных, надёжных и быстрых вычислительных устройств. Третье поколение ЭВМ, построенное на интегральных схемах, позволило получить ряд преимуществ: 1) увеличилась надёжность машин, приводящая к значительному снижению стоимости их эксплуатации; 2) благодаря повышению плотности упаковки электронных схем, уменьшилось время передачи сигнала по проводникам и, как следствие, увеличилось быстродействие ЭВМ; 3) изготовление интегральных схем хорошо автоматизировалось, что при серийном выпуске резко сократило себестоимость машин; 4) высокая плотность упаковки электронных схем уменьшила на несколько порядков габариты, массу и потребляемую мощность компьютера.

Среди машин третьего поколения наиболее значимой разработкой стало IBM System - 360 – семейство ЭВМ, выпускать которые начали с 1964 года. Все модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объёмом оперативной памяти и производительностью, которая варьировалась от десятков тысяч до миллионов операций в секунду.

Потребность в сложных вычислениях и в обработке огромных массивов данных возрастала с каждым годом. Мощные компьютеры были необходимы для прогнозирования погоды; ядерных исследований; в центре управления космическими полётами; в системе противоракетной обороны; в астрономии.

Такие расчёты стали возможны с появлением компьютеров четвёртого поколения, элементной базой которых были большие интегральные схемы (БИС), где в одном кристалле было интегрировано до 100 тысяч элементов.

С 1975 года началось создание СуперЭВМ – комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких компьютеров достигало десятки миллионов операций в секунду. Среди них были ILLIAS-4, CRAY, CYBER и др. В них использовалась быстрая память на микросхемах.

— Что ты хотел спросить, Богданов? – обратился преподаватель к ученику, настойчиво тянувшему руку.

— Олег Геннадьевич, вы рассказываете нам только об американской вычислительной технике. А что, в СССР никакой компьютерной эволюции не происходило? Или у нас не было талантливых инженеров и учёных? И, вообще, почему мы так безнадёжно отстали в этой области от всего мира?

— Хороший вопрос, Богданов, – улыбнулся Олег Геннадьевич, – ну что же, расскажу вам, какая печальная участь постигла отечественное компьютеростроение и о причинах нашего отставания.

Как уже говорил, в 1946 году появилась первая в США вычислительная машина ENIAC. Советские компьютеры стали реакцией на американские ЭВМ.

В конце 1948 г. Сергей Лебедев начал работу над первой отечественной машиной. Через год с нуля без каких-либо заимствований была разработана архитектура. В 1950 г. ЭВМ была в рекордные сроки смонтирована силами всего лишь 12 научных сотрудников и 15 техников. Своё детище Лебедев назвал «Малая электронная счётная машина», или МЭСМ. Быстродействие компьютера достигало 50 операций в секунду.

В Европе была только одна ЭВМ – английская ЭДСАК, запущенная на год раньше. Но процессор МЭСМ был намного мощнее за счёт разработанного Лебедевым принципа конвейерной обработки, когда потоки команд и операндов обрабатываются параллельно.

В то же время академиком Исааком Бруком велась разработка компьютера М 1. Обе машины были введены в эксплуатацию одновременно – в 1950–1951 гг. Свидетельство об изобретении первой советской цифровой вычислительной машины датируется декабрём 1948 года и было выдано члену-корреспонденту АН СССР Исааку Бруку.

В 1952-м Лебедев создал машину БЭСМ-1, на то время самую производительную в Европе, после чего он стал действительным членом академии наук. Компьютер обладал быстродействием в 8–10 тысяч операций в секунду, внешние запоминающие устройства были выполнены на основе магнитных лент и барабанов.

В 1953 году Юрием Базилевским была разработана ламповая ЭВМ «Стрела», которая использовалась при создании водородной бомбы и первого советского пассажирского реактивного самолёта Ту-104.

А в 1954–1955 годах Баширом Рамеевым была разработана малая ламповая программно-управляемая ЭВМ «Урал-1» для научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро, вузов и полигонов. Одна из машин использовалась на космодроме «Байконур» для расчёта полёта ракет.

Следующий компьютер Лебедева ЭВМ М-20 производительностью 10 тыс. операций в секунду (1959) стала базовой расчётной машиной советской космической программы.

Специально для нужд военных было разработано несколько моделей ЭВМ на базе М-40 и М-50, ставшие «кибернетическим мозгом» советской противоракетной системы, сбившей в 1961 г. реальную ракету – американцы смогли повторить это только через 23 года.

В 1958 г. под руководством Всеволода Бурцева, ученика Лебедева, комплекс, состоявший из нескольких машин М-40 и М-50, в том числе расположенных на мобильной платформе, был объединён между собой в беспроводную сеть, работавшую на расстояниях до 200 км. При этом официально считается, что первая в мире компьютерная сеть заработала только в 1965 году, когда были соединены машины TX-2 Массачусетского технологического института и Q-32 корпорации SDC в Санта-Монике. Таким образом, вопреки американскому мифу, компьютерная сеть была впервые разработана и воплощена в Советском Союзе, на целых 7 лет раньше.

Работы по созданию вычислительных машин в СССР и США шли практически параллельно вплоть до конца 60-х. Советские компьютеры не уступали американским, а в фундаментальных разработках зачастую опережали их.

Первой полноценной машиной второго поколения (на полупроводниковой основе) стала БЭСМ-6. Эта ЭВМ обладала рекордным для того времени быстродействием — около миллиона операций в секунду. Многие принципы её архитектуры и структурной организации стали настоящей революцией в вычислительной технике того периода и, по сути, были уже шагом в третье поколение ЭВМ.

БЭСМ-6 оказалась настолько удачной, что серийно выпускалась в течение 20 лет и эффективно работала в различных государственных структурах и институтах.

Созданный в Швейцарии Международный центр ядерных исследований пользовался для расчётов машинами БЭСМ. Во время советско-американского космического полёта «Союз-Аполлон» советская сторона, пользующаяся БЭСМ-6, получала обработанные результаты телеметрической информации за минуту – на полчаса раньше, чем американская сторона.

В тот же период, когда Лебедевым создавалась БЭСМ-6, академик Виктор Глушков завершил разработку ЭВМ «Украина», идеи устройства которой позднее были использованы в больших компьютерах США 1970-х годов. Созданное же академиком Глушковым семейство ЭВМ «МИР» опередило на двадцать лет американцев — это были прообразы персональных компьютеров. В 1967 году фирма IBM купила «МИР-1» на выставке в Лондоне: у IBM был спор о приоритете, и машина была куплена для того, чтобы доказать, что принцип ступенчатого микропрограммирования, запатентованный конкурентами в 1963 году, давным-давно известен русским и применяется в серийных машинах.

Следующим этапом развития вычислительной техники в Советском Союзе стало создание СуперЭВМ, семейство которых получило название «Эльбрус». Этот проект был начат ещё Лебедевым, а после его смерти был возглавлен Бурцевым.

Первый многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус-1» был запущен в 1979 году. Он включал в себя 10 процессоров и обладал быстродействием порядка 15 миллионов операций в секунду. Эта машина опередила ведущие западные образцы ЭВМ на несколько лет. Симметричная многопроцессорная архитектура с общей памятью, единая операционная система — все эти возможности, реализованные в серии «Эльбрус», появились значительно раньше, чем на Западе, принцип которой используется по сей день в современных суперкомпьютерах.

Следующая модель этой серии, «Эльбрус-2», выполнял уже 125 миллионов операций в секунду. Машины работали в ряде радиолокационных систем, а многие компьютеры до сих пор функционируют в противоракетной обороне и космических войсках.

Последней моделью этой серии стал «Эльбрус 3-1», отличавшийся модульностью конструкции и предназначавшийся для решения больших научных и экономических задач, в том числе моделирования физических процессов. Быстродействие компьютера достигло 500 миллионов операций в секунду, вдвое быстрее, чем самая производительная американская супермашина того времени Cray Y-MP.

По словам Кейта Диффендорфа, редактора бюллетеня Microprocessor Report, компания Intel переняла огромный опыт и совершенные технологии, разработанные в Советском Союзе, в том числе основополагающие принципы современных архитектур, такие как SMP и EPIC. На их основе в Союзе уже выпускались компьютеры, в то время как в США эти технологии только «витали в умах учёных».

Поэтому, зная фактическую историю советской вычислительной техники, сложно согласиться с мнением о её отсталости. Более того, ясно видно, что в этой отрасли мы стабильно были в авангарде. И сказать после этого, что у нас не хватало талантливых инженеров и учёных было бы кощунством.

Так что же произошло после 1970 года, в результате чего наше компьютеростроение вошло в глубокое пике?

Раздался звонок. Дети разочарованно захныкали.

— Не расстраивайтесь, – успокоил их Олег Геннадьевич, – я расскажу об этом на следующем уроке.



6. Победа власти над интеллектом.

— И так, что же произошло после 1970 года, в результате чего Советский Союз хронически отстал в развитии вычислительной техники, – начал Олег Геннадьевич, окинув класс взглядом. – В СССР выпускалось более 50 моделей компьютеров от разных производителей. Шли постоянные эксперименты, подчас дававшие революционные результаты. Но это имело один недостаток — отсутствие стандарта. В Советском Союзе тех времён почти у каждого компьютера была собственная система, несовместимая ни с какой другой.

Из всего представленного разнообразия можно было выбрать что-то одно и взять это за основу. Но, во-первых, разработка общего стандарта потребовала бы времени, а во-вторых, СССР сильно отставал в области программного обеспечения. А здесь готовая отработанная архитектура, с рабочим ПО и широкими возможностями для практического применения. Экономически было целесообразнее обратиться к уже существующей системе. Вопрос состоял только в том, что брать, британский System-4 от ICL или System-360 от IBM? С учётом того, что до 80% рынка занимали IBM, решение было очевидным.

Модульно совместимые компьютеры System-360 использовали общий набор команд и одинаковые системы подключения к периферийным устройствам, что позволяло создавать разные конфигурации компьютеров для заполнения всех ниш в научной и коммерческой сферах.

Именно эту архитектуру и выбрало советское правительство. С этого момента все разработки ЭВМ должны были двигаться в направлении полной совместимости с 360, в которой кодировались только латинские символы, арабские цифры и некоторые служебные знаки. Таким образом, всё дальнейшее программирование строилось на английском языке.

В справке Главного управления по внедрению вычислительной техники указывалось, что возможностью для создания семейства ЭВМ на единой элементной базе обладает сконструированный в пензенском «НИИ управляющих вычислительных машин» компьютер «Урал-10», используемый как основа для создания совместимых ЭВМ «Урал-11», «Урал-14» и «Урал-16» с различной конфигурацией.

Идея создания семейства программно и конструктивно совместимых вычислительных машин была высказана Рамеевым независимо от американских учёных и реализована практически одновременно. Важно отметить и то, что в отличие от первых моделей IBM-360, семейство «Уралов» обеспечивало возможность создания компьютерных систем, состоящих из нескольких одинаковых или разных машин, было рассчитано на работу в сетях и, наконец, было «открытым» для дальнейшего наращивания технических средств. Математическое обеспечение «Уралов» находилось на достаточно высоком уровне. В разработанной системе были использованы собственные оригинальные решения. Документация по математическому обеспечению отличалась высоким качеством, полнотой и единством оформления.

Каналы связи «Уралов» поддерживали скорость более 2 Мбит в секунду! Это было задолго до появления сетевых технологий за рубежом. И, конечно, на ЭВМ семейства IBM-360, выпускаемых в те годы, такие системы построить было невозможно.

В 1968–1969 гг. заканчивалась работа над многопроцессорной ЭВМ «Урал-25», старшей моделью, завершавшей семейство, и было начато проектирование «Урал-21» на интегральных схемах. Это был запланированный переход к четвёртому поколению. Что остановило работу? Копирование IBM-360. Конечно, создатели «Уралов» во главе с Рамеевым, так же как Глушков и Лебедев — другими известными разработчиками ЭВМ, были против копирования. Они предлагали проектировать новую систему на основе отечественного опыта, хотя и с учётом зарубежных достижений. В октябре 1967 г. они пишут письмо руководству Минрадиопрома, основному инициатору создания ЕС ЭВМ:

«...Архитектура системы IBM-360 имеет ряд недостатков, без устранения которых недопустима разработка ряда машин, предназначенных для использования в ближайшее десятилетие, так как совокупность этих недостатков делает систему не соответствующей даже сегодняшним требованиям. Копирование зарубежной разработки исключит возможность использования собственного опыта, накопленного коллективами разработчиков математических машин, и на ближайшие годы приведёт к отказу от начала разработок, использующих новые принципы. Всё это приведёт к торможению развития вычислительной техники в стране».

Удивительно, насколько они оказались правы! Однако тогда «Урал» был незаслуженно забыт.

В СССР на тот момент предпочли не принимать сложные управленческие решения, которые позволили бы устранить организационные проблемы в области разработки и внедрения ЭВМ, и пришли к внешне надёжному и менее рискованному выбору — копировать чужие технологии. Ценой такого решения оказалась утрата возможности добиться лидерства в области разработки вычислительной техники, а также гарантированное отставание в других стратегически важных отраслях промышленности, обслуживающих выпуск ЭВМ, прежде всего в области производства микроэлектроники.

Против этой резолюции выступили А. А. Дородницын, С. А. Лебедев и М. К. Сулим. Однако они остались в меньшинстве. Итак, решение о разработке семейства ЕС ЭВМ состоялось. Под этот грандиозный проект были переориентированы НИИ и заводы, специалистам пришлось переучиваться и переквалифицироваться, в студенческие программы вузов стали в основном включать вопросы структуры, архитектуры и ПО ЕС ЭВМ. Была создана новая технологическая база для производства интегральных схем и полупроводниковой электроники. Как и предсказывалось, другие направления развития отечественной вычислительной техники постепенно стали сокращаться из-за недостатка средств, заказчиков, молодых кадров и других объективных и субъективных причин. Это было тупиковое решение, повлёкшее затем к хроническому отставанию СССР в развитии вычислительной техники. Тот, кто копирует, не имеет шансов выбиться в лидеры.

«Были расформированы все творческие коллективы, закрыты конкурентные разработки и принято решение всех загнать в одно «стойло». Отныне все должны были копировать американскую технику, причём отнюдь не самую совершенную. Всё программное обеспечение приходилось переписывать, а то оборудование, что доставали, было древнее, плохо работало. Это был оглушительный провал».

Происходящее, конечно же, вызвало мощнейший отпор со стороны отечественных инженеров. Михаил Сулим и Башир Рамеев уходят со своих постов, Сергей Лебедев откровенно саботирует работу с IBM, продолжая создавать оригинальные машины. Следом за Лебедевым в оппозиции оказываются Всеволод Бурцев, Борис Бабаян и Владимир Пентковский.

Впрочем, одна собственная разработка продолжила своё существование. Упрямый Сергей Лебедев не отказался от идеи развития чисто советской платформы. В институте точной механики и вычислительной техники он продолжил разработку и, уже под руководством Всеволода Бурцева создаёт собственную систему — «Эльбрус». Над проектом также работают Борис Бабаян и Владимир Пентковский (автор кириллического языка программирования Эль-76). Развитием этой платформы они занимались вплоть до распада Советского союза, но, такого широкого применения, как копии IBM она получить попросту не могла.

Нельзя сказать, что у нас и микропроцессорами не занимались. В СССР одним из мест их разработки стал зеленоградский Научный центр, созданный в 1966 году. Было принято решение на основе лучших зарубежных образцов разрабатывать универсальный комплект микропроцессорных схем со своей оригинальной архитектурой, которая получила название «Электроника НЦ». На её основании был создан ряд микропроцессорных комплектов, которые не уступали зарубежным аналогам.

Однако Министерство электронной промышленности в 1981 году приняло решение о прекращении работ по «Электронике НЦ» и переходе к прямому копированию архитектуры машин PDP-11 фирмы DEC. Серия СМ ЭВМ (система малых) и дальнейшие работы зеленоградцев пошли по этому пути, имея всё то же запланированное отставание.

В целом общественная атмосфера в позднем СССР не располагала к инновациям – всесилие бюрократии губило инициативы на корню. Распад Союза в 1991 году, по сути, забил последний гвоздь в крышку гроба электронной науки.

В 90-х, на фоне всеобщего хаоса многочисленные инженеры покидают страну, переходя на работу в IBM, Intel и другие зарубежные компании. Примечательно, что именно команда, работавшая над Эльбрусом, представляла для Запада особый интерес. В частности, Бабаян первым из европейцев удостоился звания заслуженный инженер-исследователь Intel, а Пентковский руководил разработкой архитектуры Pentium III.

Хотя военные заказы частично сохранили оригинальные ЭВМ. Именно благодаря им у нас был «Эльбрус», управлявший первым и единственным полётом «Бурана», были и малые компьютеры для бортовых военных систем. Однако общее отставание в электронике коснулось, в конце концов, и их.

— Какой у тебя вопрос, Корнеева? – спросил Олег Геннадьевич у поднявшей руку ученицы.

— Олег Геннадьевич, получается, что в нашем хроническом отставании в разработках вычислительной техники виновны всего несколько человек? Они что, были недоумками? А может быть предателями?

— Нет, Корнеева, они не были ни теми ни другими, – тяжело вздохнул Олег Геннадьевич, – всё гораздо сложнее, чем ты думаешь.

— Тогда не понимаю! Как могли умные люди, не будучи предателями, нанести такой непоправимый урон своей стране?

— В СССР было принято деление общества на классы, которое дал В. И. Ленин: рабочий класс, крестьянство и социальная прослойка — интеллигенция, служащие и духовенство, – начал Олег Геннадьевич издалека. – Но со временем появился ещё один класс: номенклатурная элита, состоящая из занимающих важные управленческие должности чиновников, пожалованные им недемократическим путём, а также руководителей трудовых коллективов, назначенных государственными или политическими лицами. Так называлась группа партийного руководства КПСС, которая, в отличие от простых членов партии имела полный доступ ко всем дефицитным благам.

Но, приведённая выше классификация не позволяет ответить на твой вопрос, Корнеева. Призовём на помощь психологию.

После прихода к власти Н. С. Хрущёва в СССР сформировались три основных психотипа:

1. Политико-эксплуататорский. К нему относятся люди, стремящиеся к власти и влиянию. Они амбициозны, конкурентоспособны и часто обладают лидерскими качествами. Ценят признание и статус. Стремятся получить все блага силой или хитростью. Эти люди агрессивны, эгоцентричны и самоуверенны. Они склонны использовать других людей в своих интересах, часто манипулятивны. Основные жизненные принципы: власть, деньги, удовольствия.

2. Творческо-аналитический. К нему относятся люди, активно стремящиеся к самореализации и преобразованию как своей жизни, так и окружающего мира. Они инициативны, способны ставить долгосрочные цели и достигать их. Эти люди не просто адаптируются к обстоятельствам, а стараются изменить их в соответствии со своими представлениями и целями, часто инновативны, способны находить нестандартные решения проблем и активно развиваются на протяжении всей жизни. Представители этого психотипа постоянно стремятся к познанию и пониманию мира вокруг себя, ценят логику, анализ и систематизацию. Часто увлечены наукой, философией или другими областями, требующими глубокого интеллектуального погружения. Склонны к абстрактному мышлению, проявляют независимость и любознательность. Основные жизненные принципы: истина, свобода творчества, гуманизм, не политизированность и не ангажированность деятельности.

3. Рецептивный. К нему относятся люди, которые «плывут по течению», не имея чётких жизненных целей или планов, склонные к подчинению. Они ориентированы на потребление, адаптируются к обстоятельствам, не пытаясь активно влиять на свою жизнь, пассивны и зависимы, ожидают, что другие будут заботиться о них. Часто ищут сильного партнёра или авторитетную фигуру для поддержки. Основные жизненные принципы: пассивное потребление, поиск внешнего источника удовлетворения, избегание ответственности, компенсаторное поведение.

Таким образом, только представители творческо-аналитического психотипа могли выбрать правильную стратегию в развитии компьютерной техники в СССР, а также предсказать все последствия копирования чужих технологий. Но для осуществления правильного выбора им не хватило власти, которая была всецело сосредоточена в руках представителей политико-эксплуататорского психотипа. Но последние не обладали ни необходимым для этого интеллектом, ни достаточной прозорливостью. И, наконец, представители рецептивного типа, как всегда, предпочли дистанцироваться от принятия сложных решений. А поскольку вся околонаучная бюрократия с партийной номенклатурой относились именно к политико-эксплуататорскому типу людей, то становится понятным принятое 30 декабря 1967 года ЦК КПСС и Советом министров СССР постановление о развитии производства средств вычислительной техники, обязывающее институты прекратить собственные разработки и переориентироваться на копирование американской машины IBM-360 1964 года.

— Значит, в нашем отставании, Олег Геннадьевич, виновны не конкретные люди, а политическая система, в которой все ключевые решения принимали не представители прогрессивного творческо-аналитического, а консервативного политико-эксплуататорского психотипа?

— Ты права, Корнеева! Нам так и не удалось построить совершенное общество, в котором все решения принимались бы умными, образованными, справедливыми и честными людьми, – огорчённо произнёс Олег Геннадьевич. – Одна надежда на вас молодых. Может быть, вам удастся построить такое общество? Только не на живых людях экспериментируйте, как это делали в последние 70 лет советской власти, а моделируйте такое общество на ЭВМ, и только после этого принимайтесь за его построение. Предполагаю, лет через двадцать появятся компьютеры, на которых это возможно будет сделать.

Корнеева Елена Николаевна крепко запомнила слова Олега Геннадьевича, решив поступить в университет на «Прикладную математику», чтобы посвятить жизнь компьютерному моделированию социальных систем.



7. Секретные открытия тайного общества.

— Доброе утро, Елена! – разбудил Лену радостный голос Тургора. – В 9:30 ждём Вас на завтрак в трапезной, а на 10:00 запланировано знакомство с нашим научным обществом.
 
— Спасибо, друг, – ответила Лена, потянувшись и широко зевнув.

— Желаете ли какую-нибудь бодрящую музыку? – предложил Тургор.

— Марш из кинофильма «Весёлые ребята», пожалуйста, – пошутила Лена.

— Любите ретро? – усмехнулся Тургор, – Ну что же, в исполнении Леонида Утёсова прозвучит «Марш весёлых ребят», написанный в 1934 году композитором Исааком Осиповичем Дунаевским и поэтом Василием Ивановичем Лебедевым-Кумачом.

«Легко на сердце от песни весёлой, Она скучать не даёт никогда…» – зазвучало откуда-то сверху. Лена с удивлением осмотрела потолок, но так и не нашла источника звука. Она никак не ожидала, что Тургор исполнит её шуточную просьбу. Накинула на себя халат и побрела в ванную комнату.
 
После завтрака Аркадий и Софья повели Лену на экскурсию.

— Как и обещал, начнём знакомство с души нашей обители, – загадочно улыбнулся Аркадий, остановившись у двери с изображением лысой человеческой головы, окутанной микросхемами и проводами.

Гости зашли в помещение. Посреди комнаты на массивном столе находился огромный металлический куб. Вокруг куба были установлены измерительные приборы и мониторы. Сотрудники оторвали взгляд от экранов и с любопытством посмотрели на Лену.
 
— Познакомьтесь, – обратился Аркадий к присутствующим. – Это группа инженеров-физиков, обслуживающая квантовый компьютер. А это наш математик-программист Елена, разработавшая фреймворк на языке Python, предназначенный для социального моделирования.

Сотрудники уважительно встали и с улыбкой по очереди пожали ей руку.
 
 — Так вот как он выглядит ваш легендарный квантовый компьютер! – восторженно произнесла Лена, обойдя машину, – И всё-таки, на каких физических принципах он построен?

— Для создания самых быстродействующих кубитов, работающих при комнатной температуре, с большим временем декогеренции, лучше всего подходили искусственно выращенные алмазы со структурным NV-дефектом. NV-дефект состоит из атома азота с углеродной вакансией в соседнем узле кристаллической решётки алмаза. С каждым таким NV-центром связан электрон, положение спина которого рассматривают как логические состояния кубита, изменяемое с помощью лазера…, – начал было объяснять Аркадий, но увидев растерянное выражение лица Лены, улыбнулся, – впрочем, подробнее с физическими принципами работы нашего компьютера можете познакомиться позже. Важно, что мощность его достаточна для создания самых сложных социальных моделей.

— И это главное! – загорелись глаза у Лены. – А ещё для чего он используется?

— После того как довели мощность до 500 миллионов кубитов, поняли, что научные исследования можно с успехом заменить математическим моделированием изучаемых явлений и процессов. С тех пор наши сотрудники делают открытия за экранами мониторов, – гордо ответил Аркадий.

— Неужели здесь занимаются всеми научными направлениями? – удивилась Лена.
 
— Что вы, – засмеялся Аркадий, – нас для этого слишком мало. Мы выбрали самые перспективные исследования: генная инженерия, фармакология, регенеративная медицина, геронтология, искусственный интеллект и социология.
 
— Как интересно! – радостно воскликнула Лена. – А за пределами обители ваш компьютер, скорее всего, использовали бы для создания новых смертоносных вирусов или оружия.

— Верно, – согласилась Софья, – вот поэтому и держим наши открытия втайне…, до тех пор, пока народ до них не созреет. А сегодня не только компьютер, но и наши открытия можно превратить в оружие массового поражения или использовать для порабощения людей.

 — Ну ладно, не будем о грустном, – улыбнулся Аркадий, – пойдёмте, я покажу, над чем мы работаем.
 
Попрощавшись с инженерами, Лена последовала за остальными.
 
Пройдя по коридору, они остановились у входа с изображением спиралей ДНК. Аркадий открыл дверь и пропустил женщин вперёд. На столах стояли огромные мониторы, на экраны которых выводилось море информации: химические формулы, фрагменты молекул ДНК, таблицы, графики. А в остальном обстановка совершенно не соответствовала исследованиям. В комнате не было ни микроскопов, ни пробирок, ни колб. Отсутствовала обычная для биолабораторий аппаратура: хроматографы, секвенаторы ДНК, флуориметры и центрифуги.

За мониторами сидело два человека.

— Вот наша группа, занимающаяся генной инженерией, – представил Аркадий Лене сотрудников лаборатории. – Ольга — биолог, а Павел — математик-программист. Великолепный дуэт, создавший вычислительные модели человеческой ДНК и РНК… А это новый сотрудник, Елена. Она будет заниматься социальным моделированием.
Павел и Ольга широко улыбнулись, подошли и пожали ей руку.
 
— Синтезируете новые живые организмы? – пошутила Лена.
 
— Нет, – засмеялась Ольга, – мы занимаемся искоренением генетических болезней, усилением умственных и физических способностей, повышением иммунитета, коррекцией внешности человека.

 — Компьютер позволяет нам после внесения необходимых поправок в ДНК визуально наблюдать за происходящими изменениями в организме человека в процессе развития от зародыша до взрослого состояния, – добавил Павел.

— И успехи в этом уже есть? – с интересом спросила Лена.

— А как же, – улыбнулась Ольга, хитро прищурившись, – вот только жаль, что на живых людях проверить нельзя, для этого нет ни соответствующего оборудования, ни испытуемых.
 
— И передать за пределы обители наши открытия тоже пока не можем, – вздохнула Софья.
 
— Не переживайте, не всегда так будет, – оптимистично закончил Аркадий, поблагодарил Ольгу с Павлом, и, попрощавшись с ними, пригласил женщин к выходу.

— А здесь работает группа, занимающаяся созданием искусственного интеллекта, – объявил Аркадий, когда они подошли к двери с изображением скульптуры «Мыслителя» Огюста Родена.

Группа состояла из трёх математиков-программистов.

— Как я поняла, вы не занимаетесь машинным обучением? – поинтересовалась Лена. – А каким образом тогда создаёте свой ИИ?
 
— Удивлены, что не используем машинное обучение? – улыбнулся один из членов группы. – Попробую объяснить на примере создания шахматной программы. Нейросеть можно научить играть, используя шахматные нотации сотен тысяч партий, сыгранных гроссмейстерами. Как думаете, Елена, сможет ли она стать чемпионом мира?

— Скорее всего, нет.
 
— Совершенно верно. Нейросеть не может играть сильнее, чем те шахматисты, на чьих партиях она училась.

Можно пойти другим путём и создать программу на заранее заложенных алгоритмах: алгоритмы минимаксного поиска, альфа-бета-отсечение, эвристики выборочного поиска, оценка позиции фигур на доске после каждого хода, уменьшение дерева вариантов и др. Так работает движок Stockfish, считающийся сегодня одной из самых сильных компьютерных шахматных программ. «Но при чём тут искусственный интеллект?» – спросите вы. Действительно, ни при чём. Эти алгоритмы созданы благодаря интеллекту разработчиков.

И наконец, существует ещё один подход, реализованный в нейросети Alpha Zero, которая не использует ничего, кроме правил. Ей просто дали стартовую позицию, объяснили, как ходят фигуры, и цель игры – поставить мат сопернику. И всё. За 24 часа игры с самой собой нейросеть смогла достичь сверхчеловеческого уровня игры и, по сути, изобрести заново всю шахматную теорию, которую человечество по крупицам разрабатывало веками.
 
Вот этот подход самообучающихся систем мы и взяли за основу. Но, в отличие от него, наделили компьютер способностью целеполагания. Наш ИИ, располагая начальными стартовыми данными и правилами, самостоятельно выбирает цели и выполняет поиск оптимальных методов их достижения. После чего модифицирует инструкции и, выбрав очередную цель, стремиться к её осуществлению. Чем больше ИИ «думает», тем оригинальней становятся выработанные правила и методы достижения внутренних или внешне заданных целей, – закончил объяснение сотрудник.
 
После разработчиков ИИ Лену познакомили ещё с тремя группами, достигших больших успехов в фармакологии, регенеративной медицине и геронтологии. Открытия, сделанные в лабораториях Тургора, были поистине революционными и могли бы коренным образом изменить жизнь людей. Однако, как утверждали Аркадий и Софья, народ к ним ещё не был готов.
 
— Ну а для Вас мы приготовили особую комнату, – загадочно произнёс Аркадий, подойдя к двери без каких-либо опознавательных знаков.
 
Войдя в помещение, Лена увидела рабочие места с огромными мониторами и два глубоких эргономичных кресла как в космическом корабле. У изголовья каждого лежали похожие на мотошлемы компьютерные интерфейсы с пучками проводов, уходящих куда-то вглубь стены.
 
— Шлемы виртуальной реальности? – удивлённо спросила Лена.

— Что вы, Елена! Думаете, мы здесь компьютерными играми занимаемся? – засмеялся Аркадий. – Это неинвазивный дуплексный нейроинтерфейс, позволяющий оператору погрузиться в полноценную симуляцию моделируемых обществ.
 
— Я о таком только в фантастических романах читала! Неужели это реально?! – воскликнула Лена, едва сдерживая эмоции.

— Оказалось, возможно, если талантливых научных работников и инженеров изолировать от властных, жадных и тупых чиновников и создать необходимые условия для исследований и творчества, – улыбнулся Аркадий.
 
— Вот почему наши сотрудники доброжелательные и счастливые, – добавила Софья.

— А у меня в группе ещё и социолог должен быть? – поинтересовалась Лена.

— Напарника мы Вам ещё выбираем. Только от социологов будет мало пользы. Они хорошо объясняют и классифицируют происходящие в обществе процессы, но не способны моделировать будущее из-за недостатка фантазии и креативности. Предлагаем в напарники талантливого писателя, специализирующегося на социальной фантастике, – поделилась мыслями Софья. – Одного уже присмотрели, правда, пока неясно, согласиться ли он сотрудничать. Елена, вы читали социально-фантастический роман «Трактат о счастье»?

— Нет. И даже не слышала о нём, – созналась Лена.

— Вам непременно нужно его прочитать. Интересно Ваше мнение о романе, ну и, конечно, о самом авторе, – воодушевилась Софья.
 
— В интернете он есть? – поинтересовалась Лена.

— Роман в нашей базе данных, – засмеялась Софья, – найдёте у себя в компьютере.

— Любопытно! С удовольствием почитаю! – заинтриговано воскликнула Лена.
 


8. Судьбоносная встреча.

Лифт достиг отметки «–25» и остановился. Дверь открылась. Выйдя из него, мы оказались в небольшом помещении. Выбрав из ящичка два пакета с бежевыми халатами, один из них Софья протянула мне со словами:

— Накиньте на себя.

Во второй облачилась сама и поднесла лицо к считывателю сетчатки глаза.

— Здравствуйте, Софья! У нас новый сотрудник? – раздался голос Тургора.

— А как ты догадался? – спросила она усмехнувшись.
 
— Молодого человека ещё нет в нашей базе, а на экскурсию к нам не ходят, – невозмутимо ответил Тургор.

— Ты прав, его зовут Максим Сергеевич.

— Очень приятно, Максим Сергеевич, добро пожаловать в нашу «нескромную обитель»!

Я с недоумением посмотрел на Софью:

— Кто это?

— Позвольте представиться, меня зовут Тургор, я ваш голосовой помощник.

— То есть компьютерная программа?! – удивлённо воскликнул я.

— Ну вот, снова сегрегацией запахло! Максим Сергеевич, вы что-то имеете против искусственного интеллекта? – обиженно спросил Тургор.

— Нет, просто удивился.

— Уместнее было бы сказать «восхитился», – поправил Тургор.

— Не удивляйтесь, Максим Сергеевич, наш голосовой помощник наделён чувством юмора, – засмеялась Софья, заметив растерянность на моём лице, – зато общаться с ним не скучно.

— Спасибо за поддержку. Уверен, что и Максим Сергеевич вскоре оценит мои таланты.

Мы шли по широкому длинному коридору, со светящимися потолками и полом. Встречающиеся по пути сотрудники здоровались и с любопытством разглядывали меня. В конце коридора Софья снова прикоснулась к изображению ладони на дверях.

В глубоких креслах сидели Аркадий, Дмитрий, Евгений и Лена. Я с интересом окинул взглядом карликовые пальмы в вазонах и бассейн с декоративным фонтаном и рыбками. Как только мы вошли в комнату, все присутствующие встали. 

— Познакомьтесь, это основатели нашего научного общества – Аркадий, Дмитрий и Евгений. А Лена будет Вашим напарником по работе, – представила Софья мне присутствующих в комнате. – Ну а Максима заочно вы уже знаете. Кстати, мы все здесь живём и работаем как одна большая семья, поэтому у нас не принято обращаться друг другу по отчеству, только по именам.
 
— Рада познакомиться, Максим! – протянула руку Лена, пристально посмотрев мне в глаза, что меня несколько смутило.

— Поздравляю, вы первый сотрудник, который будет участвовать в наших экспериментах, не имея соответствующего диплома, – заметил Аркадий, протягивая руку.

— Но зачем-то же вы меня выбрали, – усмехнулся я.

— Мы прочитали Ваш социально-фантастический роман «Трактат о счастье» и решили, что будете полезнее, чем дипломированный социолог, – засмеялся Дмитрий, пожав мне руку.
 
— Мечтаем увидеть будущее России Вашими глазами, – подхватил Евгений.

— Ну что же, я покину Вас ненадолго, познакомьтесь, пообщайтесь, – сообщила Софья и вышла из комнаты.

Аркадий предложил сесть и обратился ко мне:

— Вы уже знаете, чем будете заниматься?

— Участвовать в социальных экспериментах с квантовой симуляцией моделируемых обществ. Просто не верится, что ваша машина обладает такой фантастической мощностью.

— Да, наш квантовый компьютер на 500 миллионах кубитах с лёгкостью справляется с этим, – улыбнулся Аркадий. – Кстати, Елена – математик-программист, специализирующаяся на создании социальных моделей. Она поможет материализовать Ваши идеи. Проверить результаты совместного творчества позволит погружение в квантовую симуляцию создаваемых обществ.

Мы снова пересеклись взглядами с Леной, и я вновь почувствовал неловкость.
 
— Софья позже покажет Вам комнату, в которой вы будете жить, и познакомит с трапезной. Любую информацию о нашем обществе найдёте в личном компьютере или спросите Тургора, – продолжил Аркадий.

— Обращайтесь, Максим. Любые сплетни внутри обители и свежие новости за её пределами, – добавил Тургор.

Я с недоумением посмотрел на присутствующих. Но по улыбкам на их лицах понял, что здесь уже давно привыкли к шуткам голосового помощника.
 
После обеда мне показали квантовый компьютер и устроили экскурсию по лабораториям. Сильное впечатление на меня произвели успехи по регенеративной медицине.

— Вот, взгляните сюда, – показал мне сотрудник изображение на экране монитора, – это модель человека. Попробуем ампутировать ногу.

Он щёлкнул по клавишам, и на изображении человека появилась окровавленная рана выше колена.

— События нашего моделирования ускорены. Одна минута соответствует месяцу протекания процессов в организме.

На экране другого монитора появились химические формулы, началось построение графиков и побежали цифры в таблицах. В то же время на экране первого монитора происходило заживление раны и формирование культи.

— Вот так обычно организм реагирует на утрату конечности, – объяснил сотрудник лаборатории, – а вот чего добились мы.

Он снова щёлкнул по клавишам. На экране опять побежали цифры, появились графики и формулы, а у модели человека вместо культи стала отрастать новая конечность. Минут через десять, регенерация была завершена.

— И как вам это удалось? – спросил я с нескрываемым восхищением.

— До недавнего времени считалось, что возможность репаративной регенерации, происходящей после повреждения или утраты части тела, была утеряна практически всеми живыми организмами в процессе эволюции, кроме некоторых существ, включая амфибий. Но обнаружение гена р21 и его специфических свойств: блокирование регенеративных возможностей организма дало повод усомниться в этом утверждении.

Эксперименты на мышах показали, что в теле грызунов с отсутствующим геном р21 начинается регенерация утраченных или повреждённых тканей. При деактивации гена р21 клетки грызунов ведут себя как регенерирующие эмбриональные стволовые клетки, то есть, они выращивают новую ткань, а не восстанавливают повреждённую. Такая же схема регенерации присутствует и у саламандр, способных отращивать заново хвост и утерянные конечности.

Теоретически отключение гена р21 запускает аналогичный процесс и в человеческом организме. К слову, ген р21 тесно связан с другим геном, р53, который контролирует деление клеток и препятствует образованию опухолей. В обычных взрослых клетках организма р21 блокирует деление клеток при повреждении ДНК, поэтому при его деактивации возникает серьёзный риск возникновения рака.

Во время экспериментов на созданной модели при отключении гена р21 мы действительно обнаружили большие повреждения ДНК. Но нам удалось разработать и запустить механизм апоптоза, программируемого «суицида», который позволил клеткам делиться быстрее, не превращаясь в «раковые». По завершении регенерации ген p21 снова реактивируется, – закончил сотрудник лаборатории.

— Фантастика! – воскликнул я. – А на живых людях эту методику ещё не испытывали?

— Увы…, в «обители» нет возможности проводить подобные эксперименты, а передавать наши разработки за её пределы пока нельзя.

Мне показали ещё несколько лабораторий и познакомили с проводимыми в них исследованиями. А закончили мы нашу экскурсию в помещении с установленными в них креслами для квантовой симуляции.

— А это, Максим, Ваш с Еленой исследовательский кабинет, называемый лабораторией социального моделирования, – торжественно произнёс Аркадий, указывая широким жестом на оборудованные рабочие места с огромными мониторами и два ложемента пилотного типа у стены.

— О! В этих креслах и поспать можно, – пошутил я.

— И я о том же подумал, – подхватил Тургор, – надо непременно ими воспользоваться, как выпадет свободное время.

Присутствующие в комнате поддержали нашу с Тургором шутку. Дмитрий пообещал принести мягкую подушку, а Евгений эластичные полипропиленовые беруши.

— Никто лучше Елены не сможет Вам рассказать ни о социальном моделировании, ни о квантовой симуляции, поэтому передаём Вас на её попечение, – улыбнулась Софья, покидая лабораторию вместе с делегацией.

— Ну, рассказывайте, Лена, что нам предстоит делать? – спросил я, устраиваясь поудобнее в «кресле пилота», с опаской поглядывая на лежащий у изголовья шлем с поводами.

— Значит, вы писатель-фантаст, автор романа «Трактат о счастье»? – задала Лена риторический вопрос.

— Да, я тоже так думал. Но сегодня уже не уверен, – попытался я пошутить.

— А вы что-нибудь знаете о математическом прогнозировании, компьютерном моделировании, о квантовых компьютерах и о симуляции? – спросила Лена усмехнувшись.

— О прогнозировании и моделировании – в самых общих чертах. О квантовых компьютерах только слышал, но понятия не имею, как они работают. А симуляция – это что-то из области компьютерных игр?

— С Вами всё ясно! – засмеялась Лена. – А кто вы по образованию?

— Закончил Философский факультет СПбГУ. Кафедра социальной философии и философии истории. Короче, гуманитарий до мозга костей. Посему требую бережного к себе отношения, особливо всего, что касается компьютеров, тем паче квантовых, – выпалил я, едва сдерживая смех.

— В таком случае с завтрашнего дня займёмся Вашим просвещением. А сегодня предлагаю отдохнуть, поскольку и так получили много новой информации, – улыбнулась Лена, бросив на меня загадочный взгляд.