Сухая информация Datawhale

Переводчик: Ло Цзэминг, Лондонский городской университет

Исходный текст: https://bzogrammer.substack.com/p/the-next- Century-of-computing Оригинальная работа: Чарльз Розенбауэр, рецензент: Сяо Минъюань.

В этой статье я дам 55 кратких прогнозов о будущем технологий обработки информации и их влиянии на мир в целом.

Эти прогнозы по-прежнему очень нишевые.,Неоткрытое для большинства людей. Что касается того, как быстро будут получены прогнозируемые результаты,Многое зависит от того, насколько быстро люди смогут реализовать эти сценарии потребностей и реализовать их. Другими словами,Эта статья представляет собой руководство для тех, кто заинтересован в построении будущего;надеюсь, ты такой же, как я,С нетерпением ждем будущего, которое будет более интересным и захватывающим, чем то, что мы видим сейчас.

1. Начнем с очевидного。Закон Мура подходит к концу.Хотя это не застой,Но это, должно быть, замедляется,По крайней мере, закон масштабирования Деннарда больше не выполняется.,Это устраняет многие преимущества дальнейшего масштабирования микросхем, которые не являются памятью.

2. Конец закона Мура скоро принесет с собой еще больше странных устройств.В ближайшие десятилетия инновации в этой области будут такими же бесконечными, как кембрийский взрыв.。

3. Существующая вычислительная архитектура устареет.больше никогдаx86、ARMилиRISC-V。пойдет гораздо глубже, чем люди ожидают。Основная концепция компьютера — это машина, выполняющая ряд инструкций.,Передаёт данные туда и обратно между процессором и памятью. Такие модели со временем будут ликвидированы.,На ее месте появилась более альтернативная модель. Сегодняшние компьютерные модели будут оценены как недостаточно строгие.,Они ограничивают потенциальное повышение эффективности и применение передовой теории вычислений, в частности, неполных теорий вычислений, появившихся в 1940-х и 1950-х годах, которые до сих пор активно применяются к существующим компьютерным архитектурам.,Эти теории далеки от природы вычислений.

4. В будущем эти исторические устаревшие коды (функции) будут поддерживаться с помощью программного обеспечения для моделирования.,Он не поддерживается в исходном коде устройства. Современное оборудование отдает более 99,9% своей энергии полноте и удобству.,Иллюзия бега так же быстро, как PDP-11, была достигнута. Такие необычные функции, как выполнение вне очереди, согласованность кэша и т. д., будут отменены.,Вместо этого это проще, более эффективный、Более масштабируемые устройства.

5. Даже после того, как закончится действие закона Мура,Процессоры общего назначения также могут на несколько порядков повысить скорость выполнения.Но это должно быть сделано в ущерб удобству использования.。

6. Проектирование оборудования будет основано больше на физике, чем на человеческих моделях.Компьютеры состоят из реальных атомов,Используйте реальную энергию,генерировать настоящее тепло,занимать реальное пространство,и тратит время на отправку битов в разные места этого пространства. Все это на самом деле повлечет за собой огромные затраты.,Без закона Мура и других бесплатных субсидий на эффективность.,Реальный прирост эффективности будет достигнут за счет деконструкции этих старых моделей.,и развивать более глубокое понимание взаимосвязи между вычислениями и фундаментальной физикой.

7. Переосмысление природы проектирования аппаратного обеспечения и совместимость, ориентированная на эмуляцию, позволят исправить старые ошибки проектирования.Например,Современные операционные системы содержат всего лишь миллионы строк кода.,Это связано с менее строгими аппаратными решениями, принятыми в 1990-х годах, по встраиванию кода драйвера в операционную систему для повышения производительности. Для обычных людей будет иметь новое практическое значение возможность снова начать писать операционные системы с нуля.

8. Кремниевые компиляторы станут обычным явлением.в ответ,Инновационные фабрики будут расширять услуги обмена пластинами. скоро,Люди могут спроектировать собственный центральный процессор (ЦП) или интегральную схему для конкретного приложения (ASIC).,Загрузите файл на сайт TSMC.,Заплатите 500 долларов США,Партия из 10 чипсов будет доставлена ​​к вам домой через несколько месяцев. Разработка аппаратного обеспечения станет почти таким же обычным явлением, как разработка программного обеспечения.

9. В краткосрочной перспективе,Неизбежная структура проектирования чипов Javascript создаст огромные проблемы с безопасностью.,Включен в неизменный кремний. Инженеры-программисты не готовы к аппаратному обеспечению. Низкая стоимость и небольшие объемы производства общих прототипов пластин в некоторой степени облегчат проблему.,Но в конечном итоге методологии и наборы инструментов, которые десятилетиями использовались разработчиками аппаратного обеспечения, должны будут охватить более широкую аудиторию.

10. Компьютерная индустрия преодолеет свой иррациональный страх перед Тьюрингом.Неразрешимость глубоко неправильно понимается；Неразрешимые проблемы должны быть решены,И ее необходимо регулярно решать с помощью любого полезного инструмента статического анализа. Неразрешимые проблемы не являются невычислимыми (это отдельный класс вычислимых величин).,Скорее, они являются вычислительным эквивалентом иррациональных чисел, их невозможно точно вычислить;,Но это легко приблизительно оценить. Как только этот неуместный страх исчезнет,Наступит золотой век анализа кода и формальных методов.

11. По мере того, как оборудование становится более физически ограниченным, оно становится одновременно более странным и регулярным.Одной из первых форм, которые это примет, станет плиточная архитектура. —— Большое количество небольших простых процессоров распределено по регулярной сетке. Такие архитектуры начали появляться в некоторых нишевых архитектурах парадигмы высокопроизводительных вычислений.

12. Вычисления на плиточной архитектуре имеют много общего с программированием распределенных систем, но с дополнительным бонусом в виде большей предсказуемости и меньшего масштаба.По причинам, связанным с физикой,Дешево выполнять вычисления на данных,А передача данных обходится относительно дорого. Операционные системы начнут занимать определенное количество ядер на чипе, как сервер.,Системные вызовы заменены простыми пакетными протоколами.,Вместо того, чтобы полагаться на переключение контекста. Выделение ядра для конкретной программы или службы сведет к минимуму необходимость перемещения больших объемов данных.,Эффективно поддерживайте частные кэши.

13.Появятся более мощные инструменты диагностики программного обеспечения.Отладчик с20век80кажется, улучшилось каким-либо значимым образом с тех пор, как,Будущее перейдет к инструментам, которые смогут передавать и визуализировать мегабайты или гигабайты данных в секунду. Многие приложения будут иметь специальную диагностическую панель.,Будущие отладчики смогут получить доступ к этой информационной панели.

14. Сборщики мусора все еще могут быть практичными в небольших масштабах.,Или для программ, которые редко используют оборудование. Языки программирования и другие инструменты предоставят более качественные и интуитивно понятные инструменты для управления памятью.,Создайте средний уровень между ручным и автоматическим управлением памятью. Сбор мусора для больших программ станет непрактичным,потому что это зависит от многих моделей поведения,Масштабируемость такого поведения очень плохая при физически ограниченном оборудовании.

15. Компьютерная память обычно более широко использует области памяти и аналогичные методы.,Это не только обеспечит повышение производительности при освобождении памяти.,И это облегчает анализ кода.,Лучший контроль над локальностью данных (это будет одним из наиболее важных факторов производительности). В сочетании с повышенной корреляцией физического расположения данных,Концепция «распределения кучи» — смешивание почти всех данных в программе в одну большую однородную область — уступит место парадигме разделения памяти на множество выделенных областей с определенным пространственным расположением.

16. Более интуитивные инструменты визуализации окажут гораздо большее влияние на способность обычных людей участвовать в разработке программного обеспечения, чем любой проект без кода, финансируемый венчурным капиталом.И не только это,Это также значительно повысит производительность профессиональных разработчиков программного обеспечения.

17. Информатика начнет сливаться с другими разделами математики на более глубоком уровне.Он также начнет приближаться к традиционным областям математики.,такие как геометрия и статистическая физика. Затем,Результаты информатики позволят глубже проникнуть в эти области.

Будет создан Розеттский камень между компьютерными технологиями и многими, казалось бы, несвязанными областями математики и физики, что приведет к бесчисленным революционным открытиям.

18. Большая часть этих идей будет получена в результате попыток реконструировать глубокое обучение и мозг.Разработанные там инструменты начнут влиять на инструменты, используемые для более традиционной разработки программного обеспечения.,Подчеркните глубокие геометрические отношения, лежащие в основе вычислений. Это фундаментально изменит наше представление о компьютерном программировании. Маловероятно, что наши существующие парадигмы программирования и языковые конструкции переживут этот сдвиг.,Сегодня мы с трудом можем распознать расчеты другой стороны.

19. Это будет хорошо сочетаться с физически ограниченным оборудованием.хранение данных、задержка связи/Существует тесная связь между пропускной способностью и базовой геометрией.。через некоторое время,Эти отношения будут становиться все более важными.

20. Усилия по обратному проектированию в машинном обучении и нейробиологии принесут свои плоды.Вскоре последуют попытки обратного проектирования и в других областях биологии.。Точно так же, как физика непосредственно вдохновила большую часть самой мощной современной математики.,Изучение вычислительных систем, созданных методом градиентного спуска или естественного отбора, а не человеческой инженерии, приведет к совершенно новым вычислительным парадигмам.

21. Теоретическая нейронаука предоставит новую парадигму отказоустойчивых вычислений.Истинный,Теоретические модели мозга с такими свойствами известны уже несколько десятилетий.,Но в будущем они станут еще более актуальными.

22. «Сингулярность» не будет достигнута.Огромная мощь человеческого интеллекта окажется чем-то большим, чем просто результатом работы мозга,Именно продукт человеческого языка позволяет нам стоять на плечах гигантов.,Сами гиганты стоят на плечах других. Да,Более мощный мозг сможет достичь впечатляющих результатов,Но это также легко сделать без длительных экспериментов в реальном мире, которые не являются узкими местами в вычислительном отношении.,Приводится множество аргументов «тяжелые предметы падают быстрее, чем легкие». Воздействие реальной энтропии станет более существенным препятствием для прогресса.

23. Будет достигнут искусственный интеллект человеческого уровня,Хотя они получены в основном на основе теоретических исследований в области нейробиологии, а неглубокое обучение。Множество небольших отклонений от человеческого поведения создадут машины,Хоть они и умные,Но будут серьезные социальные недостатки,Совершенно неспособен функционировать в обществе. Потребуются десятилетия, чтобы тонкости человеческого поведения были поняты настолько, чтобы воспроизвести функциональное человеческое существо.,Человеческая взаимозависимость станет еще более выраженным фактором.

24. Нейронные имплантаты от Neuralink и Synchron станут доступны,и имеет несколько интересных особенностей,и особенно полезны, помогая людям с ограниченными возможностями восстановить функции. Однако,До серьезных достижений в области инструментов разработки программного обеспечения и теоретической информатики.,Переход от вычислительной парадигмы человеческого типа к относительно незнакомым вычислениям внутри мозга значительно замедлит любой прогресс в направлении более интересных возможностей.

25. В краткосрочной перспективе,Мультисенсорные вычисления и сенсорная замена/увеличение станут более эффективными способами реализации преимуществ, которые могут обеспечить мозговые имплантаты.,Этого можно легко достичь без необходимости установки имплантатов. У людей есть сильное стремление к мультисенсорному опыту.

26. Будут разработаны инструменты сенсорного улучшения для разработки программного обеспечения.Можно будет слушать голоса, передающие полезную информацию о структуре и поведении вашего кода.。

27. Инструменты сенсорного улучшения и замены будут дорабатываться,И может на какое-то время стать более популярной альтернативой инвазивным имплантатам для восстановления функций людей с ограниченными возможностями.

28. Будут разработаны различные формы инструментов нетекстового программирования.Программирование, полностью основанное на аудио, будет доступно слепым программистам, а также тем, кто просто хочет писать код, разговаривая с компьютером на прогулке.。Разработчики программного обеспечения больше не могут полностью зависеть от своего рабочего места.。Тактильная обратная связь также может быть задействована.。

29. Тактильная обратная связь станет более распространенной и усовершенствованной в устройствах.похоже на нинтендоSwitchчистый грохот внутри。

30. Нынешняя волна виртуальной реальности, скорее всего, окажется на неправильном пути.дляiMmErSiOnОптимизация окажется не более чем мемом, на который тратятся миллиарды долларов.。Хорошая книга захватывает。Реальной выгодой от виртуальной реальности станет значительное увеличение пропускной способности данных, которые можно извлечь из мозга.,и за счет увеличения сенсорного диапазона взаимодействия человека и компьютера. Этот урок, возможно, придется усвоить на собственном горьком опыте.,Это может обанкротить технологическую компанию с оборотом в триллион долларов, которая делает ставку на это.

31. Факты докажут,Дополненная реальность полезнее виртуальной реальности.Наш развитый мозгдля Чтобы лучше ориентироваться в окружающем нас мире,Вместо того, чтобы сбежать в мир фантазий. Любая страна, которая увидит крупномасштабное внедрение технологий в стиле Метавселенной, столкнется с антиутопией и быстрым экономическим коллапсом. Симулятор работы в виртуальной реальности не принесет еды на стол,И при этом он не будет запускать фабрики по производству чипсов.,Если нет такой технологии,Чипы невозможны. С другой стороны, AR добавит множество очень сложных и технических работ, которые в конечном итоге окажутся очень экономически ценными.

32. Квантовые вычисления окажутся полезными в некоторых областях,Но, вероятно, не сломает ни одну настоящую криптосистему.。Минимизировать шум и ошибки в квантовых системах слишком сложно,Будь то квантовая декогеренция или аналоговая природа квантовых систем. Напротив,Квантовые вычисления будут наиболее полезны как инструмент для моделирования других квантовых систем. Это произведет революцию в материаловедении.

33. Будут открыты странные квантовые свойства,и, в конечном итоге, в вычислительные устройства. На рынке появятся всевозможные экзотические квантовые датчики.

34.Технология литографии, лежащая в основе современного производства чипов, начнет использоваться во многих других технологических областях.как микрофлюидика、Микроэлектромеханические системы и др.,Вероятно, есть много других, менее очевидных вещей. Например,Электроды, используемые Neuralink, уже разработаны с использованием этих технологий.

35. в какой-то момент,Будут открыты некоторые твердотельные квантовые явления,Создайте убедительную замену транзистору. Они не заменят транзисторы, но приведут к появлению микросхем, объединяющих транзисторы с другими устройствами, которые смогут более эффективно выполнять определенные сложные логические функции. Комплементарный процесс металл-оксид-полупроводник, который на протяжении десятилетий был стандартной технологией для цифровой логики, использует комбинацию многих различных типов транзисторов, поскольку это дает огромный выигрыш в энергоэффективности, даже несмотря на резкое увеличение сложности схем. Расширение набора инструментов за пределы двух типов транзисторов усложнит проектирование микросхем, но в конечном итоге может оказаться ценой, которую стоит заплатить.

36. Квантовые вычисления повлияют на классические вычисления.Хотя квантовые алгоритмы может быть сложно смоделировать на классических компьютерах,Но их все равно можно смоделировать. Некоторые окажутся достаточно полезными (по крайней мере, в небольшом масштабе).,Либо стать универсальным инструментом сам по себе.,Или вдохновить на новые способы решения старых проблем.

37. Модели обратимых вычислений будут более распространены, чем модели квантовых вычислений.Может быть, даже до такой степени, что это можно будет увидеть повсюду.。Частично это связано сдля Модели обратимых вычислений являются подмножеством моделей квантовых вычислений.,Имеет более простые физические ограничения (и, следовательно, легче проектировать/массово производить),Это также связано с тем, что модель обратимых вычислений теоретически может значительно повысить энергоэффективность. Однако,Обратимые вычислительные модели имеют свои ограничения,Полный набор инструментов для общих вычислений непрактичен. Напротив,Он будет служить своего рода ускорителем для определенных рабочих нагрузок.

38. Более пристальный взгляд на обратимые вычисления,Вероятно, в сочетании со всеми революциями, происходящими в других областях вычислений, это в конечном итоге проникнет в физику.,может значительно улучшить наше понимание таких явлений, как энтропия (которая тесно связана с обратимыми вычислительными моделями и их преимуществами в области энергоэффективности).

39. Классические расчеты столкнутся с законом квадрата-куба；Площадь поверхности масштабируется быстрее, чем объем。Количество ядер（и вычислительная мощность）Масштабировать с объемом,Пропускная способность памяти и ввод-вывод масштабируются в зависимости от площади поверхности. Выполняет менее 10,Компьютер, на одном байте, полученном из внешней памяти/хранилища/сети и т. д. выполняющий 0000 операций, быстро станет узким местом ввода-вывода.

Конечно, тепловыделение также меняется в зависимости от площади поверхности, но, несмотря на это, постоянный фактор по-прежнему более удобен для компьютеров, вычислительная мощность которых намного превышает пропускную способность памяти. Это уже явление, с которым сталкивается современное оборудование, и более экзотическое оборудование может обнаружить его; будущее Менее эффективный, чем память, ввод-вывод требует вычислений очистки.

40. Одним из последствий этого является то, что,иметьO（n^2）、O（n^3）иO（k^n）Суперлинейные алгоритмы с одинаковой временной сложностью станут более привлекательными。Будут доступны многие алгоритмы, которые традиционно считались непрактичными.

41. Будет разработан ряд новых форм снижения размерности.,фокуссосредоточиться на Различные явления высокой размерности, а не только локальность. Алгоритмы уменьшения размерности будут сочетаться со многими другими методами визуализации и станут одним из многих инструментов, которые можно объединить в визуализации.

42. Обычным программистам придется узнать, как работают кэши ЦП и подобные системы.（Хотя будущий фильмхранилище Системы будут сильно отличаться от систем на современных чипах）。Влияет на производительность кодаи Одним из важнейших факторов эффективности будет память.середина Точное геометрическое расположение данных；Данные занимают реальное пространство,Чем дальше данные от,время, необходимое для доступа к немуи Чем больше ресурсов。 Оптимизировать этот тип кода вручную нецелесообразно, и эту роль выполнят более мощные инструменты синтеза и оптимизации кода.

43. Частый ввод и вывод, необходимый для вычислений, также будет стимулировать широкое использование алгоритмов сжатия.Сжимая большую часть данных вRAMсередина,Вы можете добиться значительного повышения производительности своего кода.

44. Решатели SAT и SMT станут очень распространенными инструментами.Эти инструменты имеют решающее значение для любого формального анализа кода.,Но поскольку эти задачи NP-полны,Поэтому он также очень универсален для большого количества областей.

SAT и вся проблема P vs NP в настоящее время являются самой важной открытой математической проблемой человечества. Ничто даже близко не приближается.

Я не могу сказать, будет ли проблема P vs NP решена в ближайшее время, но действительно странные свойства NP-полных задач чрезвычайно глубоко связаны почти со всеми проблемами, известными современной математике, и плохо изучены. Дальнейшие исследования по этой теме будут ускоряться в ближайшие десятилетия из-за их удивительной практичности и широкой применимости, а также потому, что будущее аппаратное обеспечение с чрезвычайно ограниченной памятью хорошо подходит для экспоненциальной сложности таких алгоритмов в худшем случае.

45. вершина v NPУглубленное исследование приведет кЧто возможно и что невозможно в криптографииидти глубжеиболее четкое понимание。

46. вершина v NPУглубленное исследование приведет кверноЧто возможно и невозможно в машинном обучении и природа самого интеллектаЕсть что-то более глубокоеиболее четкое понимание。

47. Существующие решатели SAT гораздо более эффективны, чем любые теоретические обоснования.Хотя теоретически этоO（2^n）вопрос,Но многие реальные задачи SAT с сотнями тысяч или даже миллионами параметров на самом деле разрешимы.,И множество гораздо меньших, всего с несколькими сотнями параметров.вопрос Чтобы решить проблему, потребуются миллиарды лет.。 Однако в настоящее время мало что известно о том, что именно представляет собой проблему «реального мира». Эта необычно лучшая производительность в ряде загадочных, но распространенных ситуаций предполагает, что может существовать множество вычислительных путей для решения проблем, которые мы еще не понимаем. Более глубокое понимание математики решателей SAT позволит создать множество различных новых вычислительных методов.

48. Многие из странных свойств решателей SAT, похоже, убедительно свидетельствуют о том, что в нашем нынешнем понимании сложности вычислений есть что-то глубокое и фундаментальное.Некоторые глубокие идеи могут поколебать это понимание.。если мы наконец сдадимсяO(xx)символ для изменения на другой、Более мощные модели вычислительной сложности,Я бы не удивился.

49. Поскольку расчетным путем установлено, что химическое равновесие как минимум NP-полное,,Более глубокое понимание решателей SAT может также революционизировать наше понимание биологии и вычислений внутри клеток.В настоящее время мы не можемSATрешательсередина Объяснение множества странных и мощных вычислительных методов, которые являются шедевром изучения биологических систем。

50. Все странные новые вычислительные парадигмы создают петлю обратной связи по мере разработки инструментов;верно计算的идти глубже理解将使新型工具成длявозможный,А новые инструменты сделают новые вычислительные парадигмы практичными.

51. Черный ящик машинного обучения в конечном итоге будет открыт.Создана огромная современная модель искусственного интеллектамашинное обучениечрезвычайно ленивый,С минимальными усилиями по обратному проектированию,будет считаться ошибкой.

52. Гипероптимизация станет основной формой оптимизации кода.Это связано с теориейCSпрогресс,Это позволяет более разумно перемещаться по таким пространствам поиска.,В сочетании с вышеупомянутым обилием вычислительной мощности по отношению к памяти,Делает экспоненциальный поиск менее страшным для программистов.

53. Инструменты разработки программного обеспечения, основанные на синтезе кода или, по крайней мере, его тонкой настройке, станут повсеместными.кодсередина由工具生成精确常量块возможный会变得易如反掌。

54. Машинное обучение сделает все незашифрованные данные уязвимыми для подделки.Лучшие программные инструментыивершина v Более глубокое понимание проблем НП ускорит этот процесс до такой степени, которую мы сейчас не можем себе представить.

55. Единственной реальной защитой от мощных и опасных методов машинного обучения будет криптография.к счастью,Криптография также станет более мощной.