В сумерках Мура: причины и последствия замедления цифрового прогресса

tarasposter

Тарас Саламанюк

На традиционной Международной выставке потребительской электроники (CES), проходившей с 5 по 8 января в Лас Вегасе, гиганты микроэлектроники — Intel и AMD — представили новые архитектуры процессоров — Kaby Lake и Zen. В ожидании этих  релизов интернет-сайты и видеоблоги гиков уже несколько месяцев переполнялись слухами и домыслами. Что за компьютеры на новых процессорах будут представлены сразу? Насколько возрастет вычислительная мощность новых процессоров? Как быстро падать цены на устройства с процессорами-предшественниками? В конце концов, вечный риторический вопрос выбора бренда: Intel или AMD?

Впрочем кроме ответа на желаемые вопросы, релиз в Лас-Вегасе принес и еще одну знаковую новость. Дело в том, что конструкция представленных процессоров впервые серьезно нарушила так называемый «закон Мура». Согласно ему количество транзисторов как функциональных единиц в микросхемах должна была удваиваться каждые 24 месяца. И именно во второй половине 2016 ожидался очередной скачок удвоения. Однако продемонстрированные в Лас-Вегасе процессоры так и не преодолели этот рубеж. Количество транзисторов осталось примерно таким же, что и в передовых процессорах предыдущего поколения, только с некоторым улучшением конструкции. Более того, согласно последним новостям Intel не планирует делать удвоение (а только ограничится очередным улучшением конструкции) даже в своем следующем релизе, запланированном на конец 2017 года.

moores.lawx1200Безусловно, такая новость не предвещает ничего хорошего для всех тех, кто надеялся в новом году приобрести себе гораздо более продвинутый по мощности гаджет. Но не только. Вся современная глобальная экономика — от облачных мультимедиа-сервисов до координации логистических звеньев — завязана на вытягивании и обработке данных о поведении рядовых пользователей, так называемом big data. И хотя эта индустрия зашла за полдюжины лет уже достаточно далеко, без дикого галопа «закона Мура», который обеспечивал ее нарастающие аппетиты надлежащими вычислительными мощностями, ей придется сложно. А значит, такой уход от муровского двухлетнего удвоения транзисторов, что мы наблюдаем сейчас, не просто обещает разочарование энтузиастов потребительской электроники (хотя и оно важно, как будет показано далее). Это также явление, которое ставит под вопрос один из главных глобальных экономических двигателей современности — обработку больших данных, и повлияет на социально-экономическую ситуацию во всем мире. Что именно это за влияние и какое будущее оно нам несет? Об этом подумаем позже. А сначала давайте немного вникнем в вопросы возникновения и функционирования «закона Мура», чтобы лучше понять причины и последствия текущего ухода от него.

Тик-так

«Закон Мура» появился на свет почти сразу с микроэлектроникой. В 1965 году через шесть лет после изобретения первой микросхемы Гордон Мур, один из будущих основателей Intel, а тогда инженер передовой компании отрасли Fairchild Semiconductor, заметил закономерность: новые микросхемы появлялись примерно каждый год, причем количество транзисторов в них каждый раз была примерно в два раза больше. В 1975 году он, уже как президент Intel, внес коррективы в свой «закон» — количество транзисторов  должно удваиваться каждые два года, а не один. Поправка на замедление заключалась в росте значения микропроцессоров: их производство сопряжено с гораздо более сложными схемами строения, а потому требовало больше времени.

Одна из популярных интерпретаций «закона Мура». Хотя в оригинале он был выдвинут только для полупроводниковых микросхем, но здесь его действие распространяют в прошлое к возникновению транзисторов. А также к новым неполупроводниковым основам в будущее, где он якобы должен привести к достижению мощности человеческого мозга.

Одна из популярных интерпретаций «закона Мура». Хотя в оригинале он был выдвинут только для полупроводниковых микросхем, но здесь его действие распространяют в прошлое к возникновению транзисторов. А также к новым неполупроводниковым основам в будущее, где он якобы должен привести к достижению мощности человеческого мозга.

Конечно, никаким законом утверждение Мура не было. Его первые эмпирические наблюдения над ранними шагами микроэлектронной индустрии были наверное всё же аутентичными. Но уже вскоре он, очевидно, просто применил их к своему детищу — Intel. Выгода была очевидна. Вскоре после открытия его «закона», в 1972 году, была выявлена еще одна (на этот раз настоящая) эмпирическая закономерность: при уменьшении габаритов транзисторов в микросхеме они потребляли меньше энергии и работали с большей тактовой частотой. Поэтому минитюаризация своей микроэлектронной продукции, кроме большего количества транзисторов, давала еще и дополнительные инженерные преимущества перед конкурентами и становилась действительно прибыльной затеей. Именно поэтому «закон Мура», взятый на вооружение в длительном планировании компаниями типа Intel, заиграл в такт рыночной соревновательной логике. Если кто-то из производителей микросхем выпускал на рынок новый продукт, то его конкурентам оставалось только поспевать с аналогичными продуктами или выбывать из марафона.

Уже в середине нулевых годов, когда среди участников марафона остались лишь единицы, компания Intel наглядно продемонстрировала свой лидерский темп, который почти с самого начала задавала остальным. Весь такт производства процессоров был формализован в так называемой тик-так стратегии. Суть стратегии была вполне очевидной с точки зрения «закона Мура». Во время первого такта — «тик» — технологический процесс изготовления микросхем минитюаризовывался, в результате чего в процессоре помещалось большее количество меньших по размеру транзисторов. То есть, по сути, происходило то же пресловутое удвоение. Во время же второго такта — «так» — использовался уже имеющийся технологический процесс, но оптимизировалась сама микроархитектура (точность изготовления, снижение утечек тока и т.д.). В результате этого, для одного и того же количества транзисторов в процессоре удалось достигать еще и дополнительного увеличения вычислительной мощности. Такты чередовались по году, так что полный тик-так цикл как раз и отвечал двухлетнему циклу «закона Мура». За это время на рынок выводились сначала меньшие по размеру, а потом и более качественные транзисторы, цена на единицу которых падала с каждым тактом.

Вот как выглядят транзисторы в современных процессорах (фотография с электронного микроскопа)

Вот как выглядят транзисторы в современных процессорах (фотография с электронного микроскопа)

Безупречная, на первый взгляд, модель проработала, однако, в полной мере недолго. Уже на четвертом «тик» такте в 2012 году выход новой архитектуры Ivy Bridge был несколько отложен. Intel объяснил это возникновением определенных сложностей с переходом на технологический процессор с разрешением в 22 нм. То же произошло и на следующем «тик» такте, когда в 2014 году при переходе к текущему технологического процесса в 14 нм с архитектурой Broadwell также повторились похожие задержки. Однако уже в следующем году летом Intel анонсировал настоящую сенсацию: перехода к новой 10-нм технологии, что планировался на вторую половину 2016 года не будет. Его отложили из-за неожиданных технических проблем, а вместо того уже по схеме тик-так-так (как еще один «так» такт с улучшением микроархитектуры без изменения техпроцесса) на свет появится уже известная нам 14-нм-технология Kaby Lake. И хотя при этом представители Intel уверяли в своей дальнейшей верности тик-так цикла, его дальнейшее соблюдение действительно стало под вопрос. Дело в том, что с каждым очередным рывком «закона Мура» ему все большее сопротивление оказывают два серьезных препятствия — технологическое и экономическое. О них мы и поговорим далее.

Отсрочивая вечность

Размер единичного транзистора в современных микросхемах чрезвычайно мал. 14 нм — разрешение, которое сейчас обеспечивает лучший техпроцесс — всего лишь 26 атомных слоев кремния. Это настолько мало, что не поддается сравнению не то что с какой-то бактерией или вирусом, но даже с длиной волны видимого света. Все это приводит к тому, что при фотолитографии для вытравки транзисторов нужного размера на заранее обработанной кремниевой пластине используется специальный экстремальный ультрафиолет с длиной волны лишь в 13,5 нм. Но и это еще не все. Помещения, в которых изготавливают микросхемы должны быть абсолютно стерильными. На один кубический метр воздуха должно приходиться не более 3 (!) пылинок, ведь своими размерами они практически в сотни раз превышают транзисторы на микросхемах. Именно поэтому во всех так называемых «чистых комнатах», где производятся микросхемы, постоянно работают особые кондиционеры, которые вылавливают мелкие инородные тела из воздуха. В свою очередь, немногочисленные сотрудники, допущенные в такие комнаты, обязаны постоянно носить там специальную герметичную одежду. Но все эти и еще многие другие инженерных ухищрение стоят хлопот. Они были разработаны тернистым путём длиной в полвека, который постоянно велся позади бравады «закона Мура». Без них выполнение столь миниатюрных технических операций было бы просто невозможным.

Миниатюризация технологических процессов изготовления микросхем по сравнению с другими микрообъектам

Миниатюризация технологических процессов изготовления микросхем по сравнению с другими микрообъектам

Однако смогут ли такие усилия успешно осуществляться и дальше? По силам ли инженерам будет продолжать, решая все более серьезные задачи, обеспечивая очередной надменный прогресс «закона Мура»? Чисто гипотетически, да. Логический предел для текущего подхода к развитию электроники — минитюаризации — это выход на единичный атом. Величина атома кремния составляет 0,132 нм. Поэтому, исходя из текущего 14 нм техпроцесса запаса для минитюаризации должно было хватить еще на несколько десятков лет, пока не будет создан идеальный атом-транзистор. Но на практике все сложнее, поскольку серьезные инженерные трудности возникают значительно раньше.

С уменьшением размеров транзисторов до молекулярного уровня (десятка нанометров) пропорционально уменьшается число электронов, задействованных в переносе тока. Вплоть до того, что на каждое переключение транзисторов приходится лишь несколько десятков или сотен носителей заряда. В результате, поведение той горстки электронов, что остается на проведение сигнала, начинает все меньше действовать по классическим физическими законами «большого» макроскопического мира, основанными на усреднении по огромному количеству носителей. Зато, единичные электроны в своих крошечных масштабах следуют квантовым законам, поводя себя с нашей точки зрения очень странно. Например, они могут просто «не заметить» замыкающего транзистора и продолжить сигнал там, где его не должно быть. Или наоборот оказаться в другом месте и привести к ослаблению сигнала. В результате, такие квантовые эффекты приводят к существенному росту «шума» и утечек тока уже даже на сегодняшних молекулярных масштабах транзисторов.

Стоит отметить, что Intel сам признает эту проблему. Однако его официальный подход к ней созвучен заголовке статьи Гордона Мура, опубликованной в 2003 году: «Никакая экспоненциальность не вечна: но «вечность» может быть отсрочена» («No Exponential is Forever: But» Forever «Can BeDelayed!). Инженерные решения для такой отсрочки действительно находятся.

Работники ИВМ представляют в «чистой комнате» на кремниевой пластине экспериментальные 7-нм микросхемы

Работники ИВМ представляют в «чистой комнате» на кремниевой пластине экспериментальные 7-нм микросхемы

Еще с 22 нм техпроцесса был внедрен так называемый 3D-подход. Он заключался во введении новой, вертикальной конструкции срединной части транзистора, которая позволяла уменьшить негативные квантовые эффекты (такие как утечки тока). Другим перспективным подходом, который сейчас только апробируется, могут стать определенные комбинации кремния с другими материалами. Они позволяют добиться новых результатов в минимизации негативных квантовых эффектов, чем делают возможным дальнейшую минитюаризацию транзисторов. Именно таким образом, использовав кремниево-германиевых основу, компании IBM еще в 2015 году удалось создать первую экспериментальную микросхему по 7-нм-технологии. Но даже по официальным оценкам Intel подобные ухищрения без кардинального изменения подхода возможны только до уровня техпроцесса в 5 нм. И хотя недавние новости о экспериментальное создание транзисторов с техпроцессом в 1 нм показывают еще более широкие горизонты для «отодвигания вечности», энтузиазма от этого не прибавляется. Ведь ни Intel, ни новоиспеченные создатели малейшего транзистора не упоминают в своих прогнозах еще одного важного осложняющего фактора. Настолько важного, что может прекратить развитие транзисторов даже раньше «предельных» 5 нм. И это ведет нас к другой, экономической причине исчерпания «закона Мура».

Русская рулетка кремниевых магнатов

Вместе с «законом Мура» в 1960-х также был выдвинут другой, не такой известный «закон Рока». Ранний инвестор Intel, Артур Рок, заметил другую, противоположную Муровой эмпирическую тенденцию: стоимость фабрик («фабов») по производству микросхем растет каждые четыре года. Этот второй «закон Мура» (как его тоже часто называют) фактически следовал как экономический следствие из первого. Поэтому неудивительно, что со стратегическим принятием на вооружение Intel Муровой доктрины об удвоении транзисторов в силе все 50 лет была и доктрина Рока об удвоении стоимости их производства. В результате, если стоимость фаба, на которой корпорация Intel производила микросхемы динамической памяти емкостью 1 Кбит, составляла лишь 4 млн. долларов, то Fab42, завод по производству процессоров на базе 14-нм техпроцесса, стоил уже 5 млрд. долларов. И это еще не предел.

Разумеется,»закон Рока» влиял на стоимость производства не только для Intel, но и для всех других конкурентов по гонке. Фактически, он означал постепенное отсеивание с рынка — далеко не все могли потянуть все более высокие уровни капитальных затрат. Как метко подметил Роберт Палмер, директор одной из компаний-аутсайдеров, что выбыла из гонки в середине 90-х: «Создание полупроводниковых приборов — это как играть в русскую рулетку. Вы приставляете пистолет к голове, нажимаете на спусковой крючок и через четыре года выясняете, разорвутся ли ваши мозги«. Впрочем Intel удавалось использовать этот мрачный азарт в своих интересах. Секрет был прост — умеренность. В то время как более мощные и более именитые конкуренты вкладывали деньги в разработки процессоров с нестандартными и передовыми решениями, Intel просто держался муровской линии удвоения транзисторов и выполнял только необходимые архитектурные изменения для реализации этого. Таким образом, теперь мало кто может вспомнить имена многообещающих процессоров от Fairchild Semiconductor или Motorola, которые оказались коммерчески неуспешными. Зато Intel двигался дальше, минимизируя свои финансовые риски перед лицом «закона Рока».

Сперва в начале 80-х их процессоры стали основными для IBM PC. Простая и открытая x86-архитектура этих персональных компьютеров оказалась крайне успешной. Поэтому уже вскоре вместе с ней процессоры Intel начали занимать значительную часть рынка. Затем с начала 90-х был длительный этап конкуренции с компанией AMD — другим производителем процессоров для архитектуры х86. Справиться с ней Intel смог дать лишь в середине нулевых, но помощи того же метода, что и раньше.

В 2006 году при очередном переходе к новому 65-нм техпроцесса Intel в фотолитографии обошелся нанесением только 31 слоя маски, в то время как AMD — 42. Сокращение слоев маски, необходимой для вытравливания на кремниевой пластинке транзисторов и других микроэлементов, наверняка не входило в лучшие решения с инженерной точки зрения. Впрочем оно было рабочее и, самое главное, давало колоссальную разницу в стоимости. Если вытравливание процессоров на пластине для AMD стоило только около 4300 долларов, то для Intel — 2700. Последствия «закона Рока” не заставили себя ждать. Переход оказался для AMD почти фатальным (компания удержалась на плаву только благодаря своему другому, видеопроцесорному производству), а рынок центральных процессоров для архитектуры х86, еще недавно разделенный почти поровну, за пару лет оказался под доминированием марки Intel. Более того, в тот же год не удержались и другие конкуренты Intel со второй по распространенности архитектуры компьютеров Apple. «Яблочная компания» заявила о переходе от архитектуры PowerPC, уже давно разработанной ею в альянсе с IBM и Motorola, к процессорам Intel и архитектуры х86, соответственно. С тех пор Intel превратился практически в монополиста отрасли и ежегодно занимает не менее 70% рынка центральных процессоров.

Динамика конкуренции между Intel и AMD на рынке центральных процессоров

Динамика конкуренции между Intel и AMD на рынке центральных процессоров

Все это однако, не лишало Intel необходимости дальше играть в русскую рулетку и запускать все более дорогие и рискованные технологические процессы. Впрочем, компания оставалась верна своей успешной рыночной стратегии умеренности. Ее затягивание 2012 года по 22-нм техпроцессу и 2014 по 14 нм хорошо объясняются такой осторожной неспешностью. Если конкуренты существенно отстали, то почему бы не подставлять инвестиционный револьвер для новых рывков к голове несколько медленнее? Пунктуальное выполнения темпа «отсрочки вечности» Мура теряло свой экономический смысл.

Цена разочарования

Итак, «закон Мура» исчерпывается. Исчерпывается по двум причинам: сложные инженерные препятствия в реализации новых этапов минитюаризации и связанное с этим нарастание стоимости производства. И не будет большим преувеличением сказать, что с истощением этого «закона» угасает также последняя большая надежда на будущее, которую предлагал капитализм. Надежда настолько увлекательная, что даже былое величие уже потухших обещаний Высокого фронтира (The High Frontier) в космосе тускнеет рядом с ней.

Один из самых известных сторонников этого обещания, американский изобретатель и футоролог Реймонд Курцвейл, объясняет за одну минуту, что такое Технологическая Сингулярность.

Для наглядной иллюстрации грандиозности этой надежды давайте рассмотрим одно сравнение. Представим, что мы начинаем двигаться на машине со скоростью 8 км/ч. Скорость этой машины ускоряется в геометрической прогрессии — каждую минуту она удваивается. Таким образом, после первой минуты, покрыв расстояние в 131 метр, мы будем двигаться со скоростью 16 км/ч, а после 4 мин уже мчаться 128 км/ч, находясь более чем на полтора километра от стартовой точки. Недурно? А как на счет двигаться таким же темпом дальше, скажем к Марсу? Сколько времени понадобится нашему авто, чтобы добраться до красной планеты? Ответ поражает — 28 мин. В эту последнюю двадцать восьмой минуту наша машина будет лететь со скоростью близкой к световой (300000 км / с), преодолев расстояние около 18000000 километров.

Именно с таким темпом с 1958 года до недавнего времени неслись цифровые технологии. И хотя похоже, что они (как и в приведенном сравнении) достигли своего «светового барьера», пройденое ими расстояние ярко объясняет весь хайп Кремниевой долины. С такими показателями и приближение сингулярности, и осуществление этики трансгуманизма, и реализация бытовых футурологических прогнозов — все казалось по силам цифровому турбокапитализму.

Но все это были не только пустые мечты. «Закон Мура» за время своего потрясающего галопа создал настоящие прорывы в науке и технике, и они достаточно убедительное основание для такого хайпа будущего как сингулярность или футурология. Именно в последнее десятилетие открытие элементарных частиц и экзопланет похожих на Землю, разработка сверхпрочных материалов и методов борьбы с опухолями, и еще много других впечатляющих научно-технических достижений — все это основывалось на использовании больших баз данных для хранения и обработки результатов экспериментов. Да что там последний десяток лет: базовая конструкция пассажирского самолета осталась практически неизменной с 1970-ых годов. И большинство совершенствований в гражданском авиастроений с этого времени достигалось улучшением электронной начинки на борту, что в итоге позволило вести самолеты практически без участия человека. Да, обещанных полетов на Марс или массового выпуска летающих автомобилей так и не случилось. Но у нас под рукой есть цифровые плоды «закона Мура». А с их помощью решения научных задач и создание инженерных продуктов переносится на совсем другой уровень. Больше не нужно, как в былые времена самостоятельно копаться в бумажных протоколах — в электронных базах данных это намного эффективнее сделают машины. Все это открывает невиданный ранее уровень получения и обработки данных, что позволяет заглядывать в такие дали и глубины, что даже прошлые мечтания о межпланетных полетах или личном летающем транспорте не выглядят такими уж недосягаемыми.

Короткий фильм об удаленном наблюдении за вором собственного телефона. Яркий пример, как меняется коммуникация и чувство индивидуальности в цифровую эпоху.

Кроме того, без «закона Мура» не было бы еще и другого важного явления — цифровых коммуникационных технологий, что произвели настоящий переворот в культуре. Да, про неслыханные для прошлого возможности интернета, Википедии или даже торрентов мы все слышали, и не раз. Но посмотрите, что эти технологии сделали с самим общением между людьми и чувством индивидуальности. Качественные поточные видео-трансляции, — полученные благодаря новым миниатюрным и дешевым чипам, — просто сбросили предыдущие оболочки приватности и резко расширили каналы коммуникации. Они позволили почти постоянно находиться в визуальной связи с собеседниками и делиться с ними своими эмоциями, идеями, взглядами.  В независимости от того, где вы находитесь, и иногда даже то, знаете ли бы об установленной связи. Если представить как дальнейшие коммуникационные технологии, — например, 3D-видео редагуемое в реальном времени, — могли бы дальше влиять на форматы коммуникации и ощущение индивидуальности, то обещания трансгуманизма с подсоединением всего человечества в нейросеть кажутся не столь уж и фантастическими.

Но теперь со всеми этими реальными надеждами, как и их хайповыми интерпретациями, похоже, придется прощаться. Причем возможно даже быстрее, чем это можно было бы себе представить. Ведь разочарование в невыполнении данных мечтаний грозит материальной основе «закона Мура» (или скорее тому, что от него еще остается) — микроэлектронной индустрии. Уже сегодня мировой рынок цифровых устройств достиг своих пределов и демонстрирует явное насыщение. Продажи в сегменте персональных компьютеров (с ноутбуками включительно) вообще уже больше года падают, а общие показатели продаж на рынке остаются стабильными только благодаря определенному росту сегмента ультрамобильных систем и смартфонов. Конечно, маркетинговые отделы производителей микроэлектроники выкладываются на полную. Даже с уходом от «закона Мура» они продолжают уверять в том, что технический прогресс и дальше шагает железной поступью, а новые поколения их продуктов по-прежнему прорывные и стоят того, чтобы их скупали. Впрочем, похоже, что при современном экономическом развитии человечество просто не в состоянии тратиться на компьютеры серьезнее, чем раньше.

Снижение прибыли Intel и AMD в результате падения продаж ПК

Снижение прибыли Intel и AMD в результате падения продаж ПК

Кроме того, даже если предположить, что другие факторы (такие как состояние мировой экономики или культура потребления) будут оставаться стабильными, сама рыночная ситуация остается очень ненадежной. В таких условиях достаточно даже небольшой доли трезвомыслящих людей, которые бы не подверглись маркетологическим обхаживаниям, чтобы запустить необратимую цепную реакцию. В критический момент, когда производителям нужен каждый цент для содержания остатков «закона Мура», пусть и небольшое снижение объемов продаж электроники (в результате разочарования в замедлении темпов ее роста) означало бы серьезный удар. Это бы только усилило уход от прежних темпов роста вычислительных мощностей, чем вызвало бы еще более глубокое разочарование потребителей, которые купили бы еще меньше цифровых устройств. В результате, производители располагали бы меньше средствами для инвестирования в и без этого замедленные такты Мура.  А там недалеко и до падения их акций, как и отток инвестиций от «устаревшей» идеи синхронных рывков от техпроцесса к техпроцессу. В конце концов, капитализм в первую очередь про рост прибыли, а тут как раз все наоборот. Конечно, стремительный коллапс микроэлектронной индустрии когда-нибудь остановился бы. Людям все же нужны новые, пусть и не более мощные компьютеры, но тогда от «закона Мура» вероятно уже мало-что было бы спасать. Разве что …

Последний рывок

Хотя Intel в одиночестве начал безнадежно отставать от темпа предусмотренного Муром, не стоит окончательно сбрасывать со счетов других игроков рынка, которые еще могут нагнать своего главного конкурента. В частности AMD, со своей 14-нм процессорной архитектурой Zen, по сути, возвращается в большую игру и пытается воспользоваться тем, что Intel нарушила свой тик-так цикл. Согласно регулярно проникающим в прессу результатам тестов, новые процессоры компании даже немного обходят по производительности аналоги из нового поколения Intel. Бесспорно, AMD рискует многим ставя на свою новую архитектуру, ведь в случае повторения неудач она может окончательно выбыть из микропроцессорного рынка. Впрочем, в случае коммерческого успеха нас может ожидать повторение ситуации первой половины нулевых с установлением почти равной, идеальной конкуренции между ключевыми игроками рынка.
Кроме того, не стоит сбрасыватьсо счета  лидеров из других, хотя и не столь важных рынков процессоров как Nvidia (видеопроцессоры) или Qualcomm (мобильные процессоры). Intel уже давно пытается потеснить их, но ему это никак не получается. В то время как эти компании обладают необходимыми технологическими разработками и, что еще важнее, ресурсами, и в случае дальнейшего замедления Intel могут спокойно попробовать прийти также на рынок центральных процессоров для персональных и серверных компьютеров.

10-нм чип компании Qualcomm (в центре), представленный на CES 2017, по сравнению с ее предыдущим 14-нм чипом (слева) и центовой монеткой (справа)

10-нм чип компании Qualcomm (в центре), представленный на CES 2017, по сравнению с ее предыдущим 14-нм чипом (слева) и центовой монеткой (справа)

Характерно также, что все упомянутые конкуренты Intel уже перешли на так называемую модель фаблес. Они отказались от содержания собственных фабов и стали взамен OEM ( «оригинальными производителями оборудования»), некими продавцами-посредниками (с исследовательскими командами), реализующих на рынке продукты, заказанные у своих подрядчиков. По сути, среди их всех Intel остался едва ли не единственным интегрированным производителем устройств. По сравнению с ним AMD, Nvidia или Qualcomm не надо дополнительно поддерживать дорогостоящую производственную базу (за них это делают производители-подрядчики, в частности тайваньский TSMC), что значительно повышает их гибкость и создает дополнительные конкурентные преимущества.
Словом, при должном стечении обстоятельств темп «закона Мура» имеет шансы воскреснуть. У конкурирующих производителей снова появятся экономические стимулы инвестировать все больше средств на очередной виток минитюаризации. Конечно, ненадолго, ведь «закон Рока» еще и с текущим перенасыщенным рынком явно не будет способствовать этому в долгосрочной перспективе. Поэтому вопрос возвращения к классической монополии Intel или установления скрытой монополии компании-подрядчика типа TSMC даже в этом случае это вопрос времени. Впрочем, ресурсов обновленной конкуренции хватило бы еще на некоторый период для некоего «последнего забега Мура». Возможно даже до 5 нм техпроцесса, предусмотренного Intel как окончание действия «закона» своего соучредителя.

Дорога в никуда

kwBlIhyx5TSvKУже сейчас или через пять-десять лет, когда заглохнет «последний забег», удвоение транзисторов по темпу «закона Мура» обречено. А с ним обречен и тот динамичный рынок микроэлектронной индустрии, каким мы знаем его уже 50 лет. Сокращенный и увядший, он, скорее всего, превратится в нечто похожее на продажу зубной пасты: хаотического маркетингового многоголосия обещаний, — от профилактики кариеса до свежего дыхания, — в котором почти невозможно объективно сориентироваться. Вот только в отличие от рядовых потребителей, которые рано или поздно смирятся с этим, некоторым клиентам такая «зубная паста» точно не подойдет. Речь идет о корпорациях больших данных.

Эти компании плоть от плоти «закона Мура». Именно его рост в геометрической прогрессии в последний десяток лет сделало возможным появления гигантского поля датчиков — дешевых и миниатюрных настолько, чтобы фиксировать каждый обыденное движение пользователя (так называемый интернет вещей). Но самое важное, без » закона Мура» не было бы необходимой памяти и процессоров, — достаточно мощных доступных, — чтобы хранить все полученные массы информации на удаленных дата-центрах и обрабатывать их. Разумеется, такая достойная восхищения всемирная инфраструктура выстраивается не на чистом энтузиазме технического прогресса. Как и любая индустрия в капитализме, она имеет четкий рыночный интерес. И его может ощутить практически любой пользователь интернета.

Контекстная реклама Google и Facebook, рекомендация книг Amazon или рекламные ролики перед просмотром видео на Youtube — все это и многое другое является неизбежной платой за пользование вроде бы бесплатными и щедрыми веб-предложениями. Такая «умная” бизнес-модель берет за основу алгоритмическую манипуляцию нашего поведения в интернете. Впрочем, за последние годы она укоренилась еще глубже. Современные исследователи города говорят о концепции smart city, где рыночные алгоритмы на базах big data находят влияние уже на вполне реальные и важные сферы нашей жизни. Вроде Airbnb на рынке жилья или Uber в транспортной системе. И хотя благодаря этому влиянию потребителям часто удается предложить более гибкие и более дешевые предложения, последствия их доминирования над инфраструктурой города — нищенские: подорожание аренды квартир, деградация общественного транспорта, ухудшение трудовых условий и тому подобное.

Горькая ирония известной рекламы Apple Macintosh. Более чем через 30 лет мы все-таки подходим к тоталитарной альтернативе с Большим Братом, и ведет нас туда именно цифровое развитие (в том числе и Apple), что якобы обещало это предотвратить.

Но действительно глубокое проникновение алгоритмов в нашу жизнь наступает тогда, когда они начинают учиться сами, без посторонних указаний. Именно это делает искусственный интеллект (ИИ) — вершина программной инженерной мысли на текущем уровне вычислительных мощностей. Еще в начале 2010-х его достаточно простые версии распознавания голосов использовались для контроля над «уровнем дружелюбия» в ответах операторов колл-центров. Теперь вместе с ростом вычислительной мощности некоторые эксперты говорят о кибернетическом видеонаблюдении, которое помогло бы заблаговременно распознать и опередить «опасные действия» рабочих, значительно сэкономив затраты предпринимателей. Но одной лишь трудовой сферой дело не ограничивается. Так в прошлом году ИИ Google DeepMind получил данные полтора миллиона пациентов от одной британской клиники для анализа риска болезней. И хотя этот проект находится только в пробной стадии, цель его вполне понятна. Ради удешевления стоимости страховых полисов, нужно научиться выдавать пациентам инструкции по «оптимально здоровому» поведению для минимизации финансовых затрат на их лечение от страховых обществ и национальных систем здравоохранения. Таким образом, мы имеем дело с попытками внедрения в различных сферах совершенно нового уровня алгоритмической манипуляции. Такого, что не просто подсказывал бы нам «лучшую» книгу или жилье, но и давал бы четкие «рационализированные» инструкции, не только делая ответственными нас самих за их выполнение, но еще и надзирая за этим.

Впрочем ошеломляющий на первый взгляд переход от разноцветной веб-рекламы к узким кибернадзорным директивам на самом деле не случаен. Он хорошо отражает противоречивые стороны капиталистической экономики и специфические решения неолиберализма  (современной ее модели) для преодоления этих противоречий. Дело в том, что рынок в качестве основы капитализма содержит одну основополагающую проблему. С одной стороны, капиталисты как производители товаров и услуг находятся на нем в неустанной конкуренции между собой, а потому стремятся к все более дешевым ценам на свои продукты. С другой стороны меры по удешевлению продуктов угрожают им снижением уровня доходности. Неолиберализм предлагает решать это противоречие путем оптимизации расходов капиталистов, то есть попросту урезаниями своих штатов и повышение эксплуатации оставшихся. Однако с таким подходом есть одна проблема. Плохо оплачиваемые, а тем более безработные рабочие не могут покупать товары и услуги на том же уровне, что и раньше, поэтому возникает потребность в еще более дешевых товарах. А это в свою очередь требует новых «оптимизаций» …

Динамика уровня доходности в некоторых индустриально развитых странах

Динамика уровня доходности в некоторых индустриально развитых странах

Одним словом, вся эта неолиберальная модель закончила бы крайне плохо, если бы на пути ее тупикового оборота не встретились цифровые технологии. Своими все более охватывающими big data моделями они предложили ей именно то, что требовалось. С одной стороны реализацию потребителям большего числа товаров и услуг по лучшим ценам, а с другой — содержание под сверхточным кибернетическим контролем оставшихся рабочих, дополняя их автоматизированными системами. Более того, как отмечает один из исследователей этой темы Евгений Морозов, их новые smart-подходы делают возможным поддержание на плаву даже социальной сферы, которая также переживает не лучшие времена из-за неолиберальных «оптимизаций». Решение простое: медицину, образование и другую «социалку» тоже надо перевести в домен кибернадзорного удешевления, а на пользователей возложить такие же обязательства следовать сверхточным предписаниям. Добавьте сюда еще описанный ранее хайп будущего от Кремниевой долины и получите идеальную систему, которая контролирует своих резидентов как кнутами (кибернетический надзор, перенос ответственности, «оптимизация» уровня жизни), так и пряниками (более дешевые или бесплатные товары и услуги, обещания невероятного будущего). Фактически, именно это и предлагает подход цифровой технократизм (technical solutionism), что сейчас в полную продвигается монопольной горсткой корпораций из Кремниевой долины, которые имеют достаточные ресурсы для массированного сбора и анализа больших данных по всему миру.

Однако как показывает сама логика модели неолиберализма, применение цифровых технологий для ее спасения не может быть чем-то статичным. Для решения нарастающей проблемы связности противоречивых капиталистических тенденций — ниспадающего ценообразования и сохранения нормы прибыли — вычислительные мощности нужно наращивать снова и снова. Таким образом, от простой веб-рекламы через реальные интернет-платформы и современные профильные искусственные интеллекты необходимо двигаться дальше — к еще более продвинутым кибернетическим системам, способным строить еще более обширные модели на базе еще больших данных. Вот только, как мы уже знаем, есть один нюанс. Техническая основа для такого движения исчерпывается…

В поисках прорыва

По сути, единственный шанс у цифрового технократизма уберечь свое существование (а заодно и неолиберальной модели, что делает ставку на него) заключается в выходе на альтернативные традиционной кремниевой фотолитографии способы достигать технического цифрового прогресса.

Самый простой способ компенсировать гонку за все меньшими транзисторами — это улучшение в архитектуре. Как мы видели, уже сейчас с истощением «закона Мура» Intel ставит на это, продолжая свой цикл «так«. Впрочем возможны и другие, несколько более кардинальные архитектурные новаторства. Например, некоторые ИТ-инвесторы говорят о потенциале систем-на-кристалле. Эти системы за счет сочетания в одном кристалле (а точнее интегральной схеме) функциональных элементов целого цифрового устройства потребляют меньше электроэнергии и работают надежнее. В результате нагрузку на микросхемы можно поднять, а следовательно и относительно недорого увеличить их вычислительную мощность (как это уже было сделано в современных видеокартах или мобильных устройствах). В то же время, рост мощности от подобных архитектурных новаций вряд ли достигнет в итоге нескольких десятков процентов. Вместе с маркетинговыми методами «зубной пасты», этого, возможно, было бы вполне достаточно чтобы избежать разочарования рядовых потребителей и полного коллапса микроэлектронного рынка, но цифровая технократия куда более требовательный клиент и такой медленный рост для нее не годится.

Анонсированный в прошлом году чип Nvidia Tesla P100 - один из способов компенсировать недостаток «закона Мура» для больших данных. Хотя Nvidia Tesla P100 построен на том же 14/16 нм техпроцессе, его новаторская архитектура ориентированная специально для использования в современных дата-центрах и дает дополнительные выгоды при сверхмощных вычислениях.

Анонсированный в прошлом году чип Nvidia Tesla P100 — один из способов компенсировать недостаток «закона Мура» для больших данных. Хотя Nvidia Tesla P100 построен на том же 14/16 нм техпроцессе, его новаторская архитектура ориентированная специально для использования в современных дата-центрах и дает дополнительные выгоды при сверхмощных вычислениях.

И здесь можно обратиться к методам вне традиционной микроэлектронной индустрии. Ведь вычислительная мощность зависит не только от «железа», но и от того, как на нем реализованы те или иные программные среды. Именно этот аспект компьютерной отрасли развивался достаточно экстенсивно и грубо, полагаясь на все новые дармовые мощности от «закона Мура». Кроме того, даже с застывшими в развитии памятью и процессорами можно выходить на новые уровни вычислительных мощностей — нужно просто все больше концентрировать их по специализированным дата-центрам и реализовывать специальные аппаратные и программные решения для них. В таком случае, застопорены в развитии индивидуальные компьютеры (чтобы получить доступ к новым уровням производительности) и просто мелкие устройства из роя интернета вещей (для координации сложных усилий) должны были бы чаще обращаться с запросами через всевозможные облачные сервисы к разросшимся суперкомпьютерам.

И даже в сочетании с архитектурными новшествами эти методы не сравнялись бы с «законом Мура». Латание мелких, проигнорированных ранее деталей, конечно, плодотворный подход, но не настолько, чтобы полвека или хотя бы десяток лет давать темп геометрической прогрессии в росте вычислительных мощностей. Что касается наращивания суперкомпьютерной централизации, то это неизбежное оперативное решение, если цифровые технократы хотят вообще как-то оставаться на плаву без муровского ускорения. Но оно очень дорогостоящие, ведь удвоение своих технических баз вместо удвоения числа транзисторов уже через несколько циклов вылилось бы в суммы, превышающие даже запуск новых техпроцессов фотолитографии.

Итак, единственный способ на длительные период вернуться к росту вычислительных мощностей, что хотя бы немного соотносился с Муром — это настоящее прорывное изменение технологического подхода, который бы обеспечил новый каскад дешевых и эффектных усовершенствований. И предпосылки для этого существуют. Уже несколько десятков лет, с началом разговоров о физических границах истощения «закона Мура», в разных направлениях проводятся исследования альтернатив кремниевой микроэлектроники. Во-первых, предлагается заменить сам материал транзисторов на графен — искусственно сконструированный кристаллический углерод с особой структурой, что придает ему даже лучшие полупроводниковые свойства, чем у кремния. Благодаря таким особенностям графеновые транзисторы значительно опережали бы кремниевые аналоги как в энергопотреблении, так и в частоте работы. Другим прорывным путем может стать изменение принципа передачи и обработки сигнала. В так называемых оптических компьютерах электрические сигналы предлагается заменить фотонными, а вместе с этим и всю электронную начинку, что обеспечило бы невиданную для сегодняшней электроники скорость и ширину каналов передачи данных. В конце концов, в компьютерах будущего заменить можно было бы всю предыдущую логику вычислений. Именно такой подход развивается в исследованиях квантовых компьютеров — контринтуитивных «черных коробок» полных квантовых эффектов, преобразованных из врагов в союзники электроники. С таким «странным» оборудованием квантовые компьютеры за короткое время способны были бы проводить некоторые операции, на которые в их сегодняшних кремниевых аналогов пошли бы миллиарды лет.

Популярное изложение основ квантовых вычислений и того, в чем состоит их прорывной характер.

Но как бы многообещающе не звучали все эти направления, с ними тоже есть одна серьезная проблема — все они находятся только на экспериментальных модельных стадиях. Сверхмощные графеновые транзисторы продолжают испытываться исследователями по одиночке, так как до сих пор непонятно, как их можно было бы объединить в микросхему. Вместо сверхскоростных оптических компьютеров мы имеем только отдельные компоненты, которые очень ограниченно реализуют потенциал концепции фотонной электроники. А сказочные возможности квантовых процессоров остаются закованными не более десятком логических ячеек, так как при дальнейшем увеличении остается неизвестным на каких принципах они вообще работают.

Одним словом, для реальных прорывов и дальнейшего выхода дешевых инженерных усовершенствований в определенных направлениях нужны инвестиции. Много инвестиций в фундаментальные исследования. Куда больше, чем для каких-то более прикладных разработок по новому уровню миниатюризацию в рамках уже знакомой технологии кремниевых транзисторов. Поэтому, на представителей Кремниевой долины (будь это корпорации микроэлектроники или больших данных) здесь вряд ли стоит рассчитывать. Для них как рыночных игроков это слишком большие риски. Они и так перестают справляться с кремниевым «законом Мура», а инвестирование в такие фундаментальные прорывы для них как русская рулетка с автоматическим пистолетом. По сути, единственным достаточно мощным игроком, который справился бы с инвестициями такого эпического масштаба, могла бы стать государство, а еще лучше объединение государств.

Пути государственные

Государству не в новинку вмешательство в эту отрасль. Ранняя история становления западной микроэлектроники, в ходе космической и военной гонки “холодной войны”, была насквозь пронизанна государственным влиянием. Именно авиакосмические госпрограммы США, — будь это программа Апполон, системы наведения баллистических ракет или конструирование истребителя F-12,  — оказывались главными инвесторами и заказчиками на первых порах для компаний типа Intel и его конкурентов. Более того, подобные государственные программы поддержки существуют в США и ЕС и до сих пор. И даже ставят себе за цель способствовать тем или иным разработкам пост-кремниевых вычислительным технологиям. Конечно, уже в рамках мирной экономики, а не военно-промышленной гонки.

Что же, тогда проблема исчерпания закона Мура решена? Не совсем. Дело в том, что хотя планы у западных государств остались где-то на прежней высоте, возможность их реализации со временем сильно снизилась. С 1970-х годов западная (а особенно американская) наука переживает то же пагубное влияние неолиберальной рыночной модели, что и другие сферы общества. Вследствие его сильное внимание начало уделяться эффективности и обоснованности университетских исследований с точки зрения рынка. В виду сокращения госфинансорования на исследователей возросло давление, требование побыстрее получить практические результаты и привлечь к сотрудничеству частный сектор. Нужно признать, что такая стратегия оказалась достаточно эффективной для кратковременного рывка в области микроэлектроники. Частным компаниям уже не нужно было так сильно тратиться на дорогую исследовательскую инфраструктуру (поскольку ее фактически дарило им государство) и они начали демонстрировать нарастающие прибыли, привлекая все новые инвестиции к себе и превращаясь в тех кремниевых гигантов, которых мы знаем сегодня.

taras

Центр интегрированных систем (Center for Integrated Systems) при Стенфордском университете, основанный в начале 1980-х — одна из первых площадок сотрудничества между университетами и частными корпорациями в области микроэлектроники.

В тоже время переориентация университетских исследований на рынок означала значительное уменьшение доли “невыгодных” фундаментальных исследований и сокращение государственной поддержки. Именно эти две особенности играют сейчас с западной научной инфраструктурой злую шутку. Вместо того чтобы выступать основой перехода на новую технологическую основу вычислений, наука близоруко мечется между краткосрочными целями. И несмотря на те или иные предупреждения со стороны научного сообщества, сами государства находясь в плену неолиберальной ортодоксии мало на что способны. Их максимум — это дополнительная грантовая программа для каких-нибудь перспективных исследовательских коллективов в надежде, что потом они свяжутся с рыночными игроками и найдут способ дальнейшего инвестирования и коммерциализации своих исследований. Но что такое фрагментарные грантовые пособия для фундаментальных физических проблем, которые еще предстоит развязать на пути выхода к новой пост-кремниевой технологии? Это фикция. Как и помощь частного сектора, что просто не заинтересован брать на себя серьезные риски для реального инвестирования в такие проекты.

Таким образом, все, что остается делать разработчикам пост-кремниевых технологий, это симулировать успехи. Мы снова оказываемся втянутыми в шоу “зубной пасты”, только уже на новом, инвестиционном, а не потребительском уровне. Показательным является пример построение целого мыльного пузыря инвестиций вокруг (пока еще так и не существующих) квантовых компьютеров. Первые производители квази-квантовых компьютеров, как D-Wave, заявляют о своих несуществующих успехах для того, чтобы хоть как-то коммерциализировать плоды своей работы. Эти заявления повышают обеспокоенность по поводу сетевой защиты (реальные квантовые компьютеры могли бы очень быстро взламывать шифры в сети). В свою очередь это приводит к энергичным инвестициям в компании предлагающие методы по защите данных. Конечно, методы гипотетические. Но кого это волнует, ведь квантовый взлом тоже пока гипотетический.

И хотя такие спекуляции приносят немалую прибыль их участникам и даже поддерживают технологический хайп обещания будущего, для поддержки цифрового технократизма Кремниевой долины этого мало. В таких условиях (не в последнюю очередь созданных ими самими) реальные научно-технологические прорывы в пост-кремниевом направлении вряд ли скоро появятся. А без них он просто обречен.

Не праздничное время

Однако радоваться успению неолиберализма, а вместе с ним и все его позорного аппарата кибернетического надзора и контроля пока рано. Во-первых, это было бы просто слишком преждевременно. Агонии современной рыночной модели даже в условиях безысходности цифрового тупика могли бы продолжаться еще с десяток или два года. Как мы видим, определенные ресурсы для поддержки остатков геометрического роста вычислительных мощностей еще остаются (кратковременное возобновление конкуренции, оптимизация архитектуры и программирования, увеличения дата-центров). А с ними сохраняется еще и определенный оптимизм цифрового технократизма.

Во-вторых, не стоит оставлять без внимания Китай — едва ли не единственную мощную мировую экономику вне неолиберальной доктрины. Уже сейчас китайское государство вместе с невиданным инфраструктурным развитием щедро инвестирует в разработку перспективных технологий. Например, безопасных ядерных реакторов на тории, долго остававшихся в тени энергетического лобби западных корпораций. Поэтому сценарий похожих массированных китайских госинвестиций в кремниевые альтернативы микроэлектроники не выглядел бы чем-то невероятным.

Чрезмерное увлечение нового президента США упоминанием Китая в своей предвыборной гонке не было совсем безосновательным. Китай, действительно, может составлять альтернативу американской Кремниевой долине.

В-третьих, если задуматься, то вообще есть позитивного в остановке цифрового прогресса? Ведь, по сути, это и означает остановку развития научно-технических исследований, коммуникационных возможностей и других вполне реальных и прорывных эффектов, скрывавшиеся под поверхностным хайпом Кремниевой долины. Да, львиная доля этих эффектов достигалась благодаря нищей неолиберальной модели, что играла на рынке нашими эгоистическими интересами и заставляла тем самым вещи работать. Но это отнюдь не делает сами прорывы к которым она причастна предосудительными.

Так что надо не радоваться, а посмотреть правде в глаза и ответить на вопрос чего же мы хотим. Хотим ли мы чтобы вместо неолиберализма пришла китайская государственная альтернатива? Если да, то это не сложно устроить — нужно просто расслабиться и подождать. Китай действительно имеет неплохие шансы уложиться в технологический прорыв в микроэлектронике. И при таких условиях ранее недоступные крепости цифрового технократизма и неолиберализма быстро бы пали по всему миру. Вот только подход всеобъемлющего надзора и контроля вряд ли бы изменился. Возможно, он бы даже усилился — авторитарный капитализм китайского сорта в отличие от западных неолиберальных аналогов в контроле общества не особо возится с такими условностями как права человека.

И только если мы хотим, чтобы вместо неолиберализма могла наступить какая-то другая, более человечная общественная альтернатива, нужно действительно постараться. Постараться разработать и продвинуть ее за те десять-двадцать лет, за которые будет чахнуть и сохнуть неолиберализм без муровской подпитки . Задач по созданию такой альтернативы немало. На нас может играть несколько вещей. Во-первых, невыполнимые цифровым технократизмом обещания будущего на основе экспоненциального научно-технического развития, которые мы можем взять к себе на щит для мобилизации разного рода разочарованных. Во-вторых, уже осуществленные благодаря «закону Мура» прорывы в расширение каналов коммуникации с соответствующими коллективистскими эффектами, которые мы можем использовать в развитии лучшей, солидарной модели общества. CTX0ivSQbI78A

Таким образом, цифровой популизм (разбор обещаний от «закона Мура») и цифровой коллективизм (использование передовых технологических достижений межличностной коммуникации) — это два потенциальных преимущества адептов общественной альтернативы. И ими надо пользоваться. Пользоваться даже в таких глухих к цифровому развития регионах как постсоветские страны. Все равно неолиберальные политики по «оптимизации» всего (социальных выплат, коммунальных услуг, зарплат и т.д.), которые нам сейчас в той или иной мере навязываются, достаточно скоро рухнут без подпитки экспоненциального цифрового развития. А тот хайповый отголосок Кремниевой долины, — борьба с пиратством, столицы как smart city, культы стартапов, — который нам презентуется сейчас как изысканный метод экономических прорывов, окажется пустым пшиком. Поэтому, следует доносить об этом другим — с помощью тех широких каналов коммуникационных технологий, сделал «закон Мура». И надо работать над альтернативой. Альтернативой, что с одной стороны действительно могла бы вывести постсоветские страны из трясины экономического тупика на уровень солидарного, технически развитого общества, а с другой — имела бы какие-то перспективы в мировом масштабе перед лицом наступления кибернадзорного авторитарного капитализма.

Ранее опубликовано в журнале Спільне.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

8 + 2 =