Potomci Moorova zákona

Exponenciální růst slibuje zásadní proměnu technologií v průběhu několika málo let Jak si kdysi povšiml pozdějš...


Exponenciální růst slibuje zásadní proměnu technologií v průběhu několika málo
let
Jak si kdysi povšiml pozdější zakladatel společnosti Intel Gordon Moore,
rychlost počítačů, respektive počet tranzistorů uložených na křemíkovém čipu o
dané ploše se za určité časové období zdvojnásobuje. Zpočátku byla perioda
zdvojnásobování jeden rok, v současnosti je zhruba 18 měsíců. A třebaže
vyjádření "zdvojnásobení" na první pohled připomíná lineární funkci, časová
závislost je v tomto případě samozřejmě exponenciální.
Tento matematický vztah je ve skutečnosti zajímavý z řady důvodů. Exponenciální
růst může vést k důsledkům, které nejsou předvídatelné na první pohled. Ve
známé bajce se o tom přesvědčil král, který chtěl odměnit mudrce za předvedení
šachu. Mudrc si přál jedno zrnko obilí na první políčko šachovnice a na každé
další políčko dvojnásobný počet zrnek. Ačkoliv se králi téměř do poloviny
šachovnice zdál mudrcův požadavek nepřiměřeně skromný, v určitém okamžiku
pochopil, že požadované množství obilí není ani ve všech sýpkách na Zemi.
Mohli bychom se i my dočkat podobného překvapení způsobeného exponenciálním
rozvojem některých technologických odvětví? Jednu z možných odpovědí na tuto
otázku představuje koncept tzv. technologické singularity.

Rychlost skoků
Naprostá většina našich předků se mohla spolehnout, že zítřek bude v zásadě
stejný jako dnešek. Na úsvitu lidských dějin zůstávala kamenná industrie stále
stejná po stovky tisíc let. I později byl technologický pokrok pozvolný a jen
čas od času se vyskytla zásadní změna (zemědělství, kov, knihtisk,
elektřina...), která celou civilizaci posunula na kvalitativně vyšší úroveň. V
průběhu historie ale přicházejí podobné "skoky" stále rychleji a také se stále
rychleji prosazují. Extrapolovat budoucnost ze současných trendů může být
ošidné v každém případě. Mohli bychom se ale právě nyní blížit k okamžiku, kdy
vývoj dosáhne tak překotné rychlosti, že si ani při nejlepší vůli nedokážeme
představit, co bude následovat potom? Třeba podobně jako bychom si bez
předchozí zkušenosti nedovedli představit vznik ledu z pomalu chladnoucí vody?
Touto myšlenkou se zaobírají futuristé, autoři sci-fi i vědci pracující v
oblasti kybernetiky.

Blízkost přelomu?
Jako první napadl podobný koncept zřejmě průkopníky oblasti umělé inteligence.
Uvažovali, co by se stalo, kdybychom sestrojili umělou inteligenci nacházející
se zhruba na úrovni inteligence lidské. Na rozdíl od člověka stroje netrpí
únavou a jsou schopny mnohem rychlejší komunikace. Je pravděpodobné, že umělá
inteligence (či umělé inteligence) by byla zodpovědná za stále rostoucí
množství nových objevů a vynálezů a to včetně zdokonalování sebe samotné. Ve
velmi krátké době by se proto mohla objevit inteligence o něco lepší než lidská.
Nechme teď pokračovat matematika Vernona Vingeho: "Až se nadlidská inteligence
stane hybnou silou, bude další rozvoj ještě mnohem rychlejší. Není vlastně
žádný důvod, proč by tento rozvoj nevedl v ještě kratší době k vytvoření ještě
inteligentnějších bytostí. Nejlepší analogie, která mě napadá, je evoluce v
minulosti: Zvířata se mohou přizpůsobit problémům, ale inovace pracuje jen tak
rychle jako přirozený výběr v případě přirozeného výběru je svět svým vlastním
simulátorem. My lidé jsme schopni obsáhnout svět a ve své hlavě analyzovat "co
se stane, když..."; mnoho problémů jsme díky tomu, že pracujeme ne přímo se
světem, ale s jeho reprezentací, schopni vyřešit efektivněji. Vytvoříme-li nyní
[počítačové] prostředky, které budou takové simulace provádět ještě mnohem
rychleji, dostáváme se do režimu, který se od naší lidské minulosti bude lišit
stejně jako my od zvířat."
Vinge, který se kromě matematiky zabývá i kybernetikou a patří k úspěšným
spisovatelům sci-fi literatury, napsal článek, ve kterém pro tento hypotetický
fázový přechod v dějinách civilizace zavedl označení singularita. Termín se
ujal, a aby se nepletl s jinými druhy singularit (ve fyzice např. stav vesmíru
v okamžiku velkého třesku nebo oblast v nitru černé díry), používá se pro něj
často výrazu "technologická singularita".
Klíčovou myšlenkou singularity v pojetí, které Vinge shrnuje, je existence
jakési superinteligence. Vychází z předpokladu, že inteligence na určité úrovni
dokáže vytvořit inteligenci nějakým způsobem dokonalejší, než je sama. Postupně
tak vzniká vyšší a vyšší inteligence v procesu označovaném jako bootstrapping.
I rychlost těchto skoků se neustále zvyšuje opět před sebou máme výše popsané
pravidlo exponenciálně rostoucích křivek.

Kyborgizace
Superinteligence nemusí být nutně realizovaná pomocí stroje. Lze uvažovat i o
vylepšení (augmentaci) inteligence současného člověka. Známý robotik Kevin
Warwick považuje zdokonalování lidské inteligence pomocí kyborgizace za jedinou
možnost, jak se jednou vyhnout nadvládě strojů. Totéž se domnívá i Stephen
Hawking, který ovšem spíše než o přidávání robotických implantátů hovoří o
cílených genetických změnách lidského druhu.
K nejznámějším propagátorům myšlenky, že se blížíme k přelomovému okamžiku
dějin k technologické singularitě -, patří vynálezce a podnikatel Ray Kurzweil.
Vychází přitom ze stejných předpokladů, totiž že technologický vývoj je
pokračováním biologické evoluce jinými prostředky a jeho rychlost se zvyšuje.
"Úvodní krok, vznik prvních živých systémů, započal paradigma biologie.
Následně se objevila DNA a poskytla digitální médium pro záznam výsledků
evolučních experimentů. Pak následoval vznik druhu schopného racionálního
myšlení, který způsobil změnu paradigmatu z biologického na technologické.
Nadcházející posun paradigmatu bude opět od biologického k technologickému,
tentokrát se však tato proměna bude týkat přímo samotného procesu myšlení. Když
zkoumáme časový průběh těchto změn, vidíme, že se tento proces průběžně
zrychluje. Ke změnám paradigmatu nyní dochází každých několik let. Třeba síť
World Wide Web před deseti lety ještě vůbec neexistovala," napsal Kurzweil v
roce 2001.

Ověření teorie
Je však možné technologický pokrok nějak měřit a potvrdit či vyvrátit
Kurzweilovu teorii? Ray Kurzweil sám se zaměřuje na několik oblastí, které jsou
podle něj pro směřování k technologické singularitě klíčové, a ukazuje, že
jejich vývoj skutečně probíhá exponenciálně.
V úvodu tohoto článku jsme zmínili růst výpočetního výkonu a Moorův zákon.
Exponenciální trend sleduje ale i kapacita pamětí (za danou cenu); to platí jak
pro magnetický záznam, tak pro RAM. U RAM začala exponenciála už ve 40. letech
minulého století v době elektronek a pokračuje až do současnosti. Další
sledovanou oblastí jsou komunikace. Konkrétně Kurzweil dokládá vývoj rychlosti
připojení za danou cenu, vývoj rychlosti modemů, přenosovou kapacitu páteřní
sítě internetu nebo maximální dosažitelnou přenosovou rychlost jako takovou.
Extrapolací údajů o růstu našich výpočetních kapacit se Kurzweil snaží dobrat
předpokládaného okamžiku, kdy budeme mít k dispozici hardware výkonem
ekvivalentní lidskému mozku. Samotný výkon lidského mozku odhaduje přitom
následovně: 100 miliard neuronů krát 1 000 spojení na neuron krát 200 operací
za sekundu (s tím, že operace probíhají na spojeních). Výsledkem je zhruba 2 x
1016 operací za sekundu.
V kombinací s trendovými křivkami dochází pak Kurzweil k závěru, že výkonu
jednoho lidského mozku za cenu 1 000 dolarů dosáhneme kolem roku 2023.
Spekuluje i o dalším pokračování těchto křivek, tedy např. o dosažení výkonu
lidského mozku za cenu 1 dolaru, eventuálně o cenách strojů odpovídajících svým
výpočetním výkonem celému lidstvu. Proti tomu se dá ale namítnout, že přímo z
definice technologické singularity vyplývá, že od určitého bodu se budoucnost
stává nepředpověditelnou.

Kritika
Uvedenou Kurzweilovu úvahu lze samozřejmě kritizovat z mnoha směrů. V první
řadě je to samotný odhad výpočetního výkonu lidského mozku. Vychází z představy
mozku jako bioelektrického digitálního počítače. Ve fungování lidského mozku a
nervové soustavy obecně spatřuje mnoho odborníků ale také výrazné prvky
počítačů analogových. Objevily se i spekulace, že mozek je ve skutečnosti
počítač kvantový jehož výkon by pak byl dramaticky větší. I v případě, že
kvantové jevy nejsou třeba, může být výkon mozku vyšší například o několik řádů
v současnosti to zkrátka nedokážeme přesně určit.
Pointa Kurzweilovy argumentace spočívá ale v něčem trochu jiném. I kdyby byl
výkon lidského mozku o několik řádů vyšší, díky exponenciálnímu růstu výkonu
hardwaru by to ve skutečnosti znamenalo prodloužení předpokládaného termínu
pouze o několik let.
Pro platnost Kurzweilových prognóz se zdá být tedy klíčová především otázka,
zda exponenciální tempo technologického růstu vydrží i v budoucnosti. Kurzweil
např. tvrdí, že ještě před koncem platnosti Moorova zákona pro klasické
křemíkové čipy budou k dispozici technologie, které pokračování exponenciálního
rozvoje zajistí. Sází např. na konstrukci prostorových čipů oproti současným
víceméně plochým. Na obzoru jsou snad i úplně nové technologie, např.
elektronické prvky založené na nanotrubičkách.

Chybí software
Nakonec nejvážnější námitka proti výše uvedeným úvahám se týká softwaru.
Samotná ekvivalence výkonu lidského mozku totiž ještě neznamená, že dosáhneme i
ekvivalentu jeho funkčnosti. Cožpak neusilujeme o vytvoření inteligentních
počítačů již po desetiletí? Zdá se, že umělá inteligence spadá spolu s
termojadernou fúzí do kategorie technologických problémů, jejichž vyřešení se
pokaždé předpokládá v průběhu příštích dvaceti let, splnění prognózy je však
pokaždé třeba odložit. Skeptici se tedy domnívají, že pokud nenastane zásadní
změna v oblasti softwaru, budou nám milionkrát výkonnější počítače dobré leda
ke spouštění ještě nabobtnanějších textových editorů.
Lze však oponovat, že dosavadní zkoumání na poli umělé inteligence bylo
kupodivu docela úspěšné. Existuje spousta efektivních specializovaných metod a
algoritmů, které dosahují určité "inteligence" ve své vymezené oblasti.
Vtip je v tom, že jakmile se tyto systémy dostanou do praxe, rychle si na ně
zvykneme a přestaneme je vnímat jako něco zvláštního. Docela všedně dnes působí
zprávy o porážkách šachových velmistrů počítači, ačkoliv tomu není tak dávno,
co to někteří odborníci pokládali za zcela nemožné. Turbíny tryskových motorů
se doslova šlechtí pomocí genetických algoritmů, bankovní systémy se samy učí,
jak rozpoznat defraudace.
Kurzweil se s problémem softwaru vypořádal návrhem na okopírování výpočetních
procedur, které nám v podobě našeho mozku dala k dispozici příroda. K tomu jsou
třeba dvě věci: důkladně prozkoumat, jak mozek funguje, a vytvořit analogický
systém pomocí dostupné technologie. Ray Kurzweil ukazuje, že přitom také v
oblasti neinvazních technik zobrazování lidského mozku funguje exponenciální
růst jak co se týče rozlišovací schopnosti stávajících metod, tak i co se týče
rychlosti vlastního snímání.
Za předpokladu, že se na činnosti mozku nepodílejí jevy související s kvantovým
počítáním, z toho vyvozuje, že brzy bychom měli být schopni porozumět mozku s
dostatečnou podrobností, abychom pochopili principy důležité pro proces myšlení
a eventuálně dokázali tuto funkčnost napodobit.

Organizace zdola
K úspěchu by však podle všeho byla potřeba zásadnější revoluce v softwarovém
inženýrství. Zatím po ní volají hlavně vizionáři. Například Nicholas
Negroponte, vedoucí Media Laboratory na MIT a autor také česky vyšlé knihy
Digitální svět, sází hlavně na zdola organizovaný přístup.
"Peer-to-peer je klíčem. Mám tím na mysli všechny možné podoby této
technologie... Dočkáme se bezdrátových mikrosítí, ve kterých budou běžná, denně
užívaná zařízení sloužit k přeposílání a směrování zpráv, které s nimi
samotnými nebudou mít nic společného. Příroda je velmi dobrá v síťování a
samoorganizujících se systémech. Oproti tomu sociální systémy bývají obvykle
hierarchické, z čehož nabýváme dojmu, že organizace a řád může vzejít pouze z
centralismu."
Tony Hoare, významný vědec pracující toho času pro společnost Microsoft,
předpovídá, že v roce 2020 bude na světě stokrát víc počítačů než dnes, budou
stokrát výkonnější a vybavené stokrát větší pamětí a všechny budou navíc
navzájem propojené. Neměli bychom o nich přemýšlet jako o oddělených
zařízeních, ale jako o globálním všudypřítomném počítači (GUC, Global
Ubiquitous Computer). Přesněji řečeno bychom měli překonat klasický model
izolovaného počítače, který sekvenčně vykonává deterministický program tak, jak
kdysi proces výpočtu popsal Alan Turing.
"Výpočty probíhající v přírodě, například v mozku a těle živého organismu, se
vůbec nepodobají Turingovu stroji, který před sebou krok za krokem odvíjí svoji
pásku. Jsou široce distribuované v prostoru a čase. Využívají masivně paralelní
operace, zahrnují trvalou interakci s okolím a jsou vysoce nedeterministické. V
tomto ohledu jsou procesy v systému GUC mnohem podobnější živému organismu než
Turingově stroji."
Spolu s dalšími experty navrhl Hoare sedm velkých výzev pro informatický
výzkum. Patří mezi ně mj. koncepce architektury pro hypotetický systém GUC a
teoretický model, který by umožnil popsat a emulovat funkce mozku a mysli.
Podle Hoareho je stále obtížnější pokračovat tradičním způsobem, kdy pořád
výkonnější, ale izolované stroje sekvenčně zpracovávají instrukce. Budoucnost
spočívá v masivní distribuci a paralelizaci, kdy těžiště distribuované
inteligence bude ležet právě v komunikaci jednotlivých zařízení (respektive na
úrovni softwaru půjde o specializované agenty).

Ztráta kontroly
Cenou, kterou za popsanou změnu zaplatíme, bude ztráta pocitu kontroly při
ovládání strojů. Popisované systémy budou podobně jako interakce živých
organismů značně nedeterministické.
Na druhé straně se zdá, že inspirace přírodními procesy představuje zřejmě
jedinou cestu, jak vytvořit systémy umělé inteligence. Zkušenosti s dosavadním
vývojem AI se zdají nasvědčovat, že podle všeho není v lidských silách
navrhnout a naprogramovat univerzální umělou inteligenci přímo.

Analogie Moorova zákona
Moorův zákon či přenosové rychlosti počítačových sítí jsou bohužel veličiny
použitelné pouze pro popis vývoje civilizace disponující počítači. Existují
nějaká univerzálnější kritéria srovnání platná i pro minulá období? Antropolog
Leslie White se v opozici proti kulturnímu relativismu (který zhruba řečeno
tvrdí, že jednotlivé kultury prostě nelze srovnávat) pokusil vyspělost různých
kultur a civilizací kvantifikovat podle stupnice zahrnující efektivnost
využívání energie. Whitovy závěry jsou publikovány např. v česky vyšlé knize
Roberta Wrighta "Víc než nic" (anglicky pod jménem Nonzero, knize je věnována
stránka www.nonzero.org).
Vývoj kultury je podle Whita přímo spojený s produktivitou lidské práce a
efektivita využívání energie má pak přímý vztah i ke komplexitě té které
kultury. Účinnost využití energie ovšem není (podobně jako komplexita) stále
veličinou, kterou třeba na základě archeologického průzkumu můžeme přímo určit.
Whiteův žák Robert Carnerio v 60. letech přišel s dalšími měřitelnými
veličinami. Předpokládal, že podobnou roli jako stupeň využívá energie má i
"množství společenských rolí", tj. škála specializovaných profesí související s
dělbou práce. Zde máme ostatně i bezprostřední paralelu s biologií složitost
organismu také souvisí s diferenciací, tedy třeba s počtem typů buněk, které v
organismu můžeme nalézt. I při těchto analýzách vychází exponenciální charakter
probíhajících změn.
Z hlediska konstrukce umělé inteligence se tak opět dostáváme k systémům
organizovaným zdola např. k systémům, které vzniknou složitými interakcemi
velkého množství různých specializovaných softwarových agentů.

Ray Kurzweil
Na snímku z roku 1999 přebírá z rukou Billa Clintona ocenění National Medal of
Technology. Vynálezce, podnikatel a autor. V průběhu svého života založil
několik firem, které přinesly zásadní inovaci v oboru nebo rovnou vytvořily
obor nový. Zabýval se mimo jiné počítačovým komponováním hudby, rozpoznáváním
písma (v obou těchto oborech spolupracoval např. se svým přítelem, slepým
zpěvákem Stevie Wonderem) nebo počítačovou syntézou a rozpoznáváním řeči. Je
autorem knih The Age of Intelligent Machines a The Age of Spiritual Machines, v
nichž předvídá nástup inteligentních strojů již v průběhu několika příštích
desetiletí. V poslední době se Kurzweil věnuje studiu technologických trendů a
zejména akcelerace technologického rozvoje. Ray Kurzweil v nedávné době také
uzavřel sázku, že již do roku 2029 se objeví počítač, který úspěšně projde
Turingovým testem. Sázku zastřešuje organizace Long Bets Foundation
(podrobnosti viz www.longbets.org/1) a druhou stranou sporu je Mitchell Kapor z
Electronic Frontier Foundation

Sir Tony Hoare
Objevitel známého třídicího algoritmu Quicksort, který umí rychle seřadit
posloupnost prostřednictvím jejího dělení na menší posloupnosti (1962). Hoare
se podílel na vzniku Programming Research Group na univerzitě v Oxfordu, kde
také po mnoho let pracoval jako profesor počítačových věd. Právě za zásluhy o
jejich rozvoj obdržel v roce 2000 šlechtický titul. Po odchodu do důchodu
pracuje jako výzkumník pro Microsoft Research.

Informace na webu
Vernon Vinge www.ugcs.caltech.edu/~phoenix/vinge/
Vernon Vinge: Singularita www.transhumanismus.cz/library.php?sour ce=kucera
Ray Kurzweil www.kurzweilai.net/meme/frame.html?main=/articles/ art0134.html
Kurzweilův životopis www.kurzweilai.net/bios/frame.html?main=/ bios/bio0005.html
Nicholas Negroponte web.media.mit.edu/~nicholas/
Negropontovo interview pro Business Week www.businessweek.com/
magazine/content/04_25/b3888606.htm
Sedm výzev pro počítačovou vědu www.nesc.ac.uk/esi/events/
Grand_Challenges/proposals/index.html
Článek na toto téma v The Register www.theregister.co.uk/
2004/06/14/grand_challenge_compsci/
Tony Hoare users.comlab.ox.ac.uk/tony.hoare/
Hoareho stránka na Microsoft Research research.microsoft.com/ ~thoare/

Nicholas Negroponte
Zakladatel a vedoucí Media Laboratory na univerzitě MIT a vedoucí sesterské
Media Lab Europe v irském Dublinu. Autor bestselleru Being Digital, který byl
přeložen do více než 40 jazyků a v češtině vyšel pod názvem Digitální svět.
Negroponte založil internetový magazín Wired a finančně podpořil několik
desítek technologických startupů. Je členem dozorčí rady společnosti Motorola.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.