Was Ist Die Zukunft Von Computern?

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Seit einem halben jahrhundert sind computer alle zwei jahre doppelt so stark geworden. Wenn dieser trend anhält, was wird die zukunft halten? Werden computer menschen letztendlich überlisten?

Im Jahr 1958 warf ein Techniker von Texas Instruments namens Jack Kilby ein Muster auf die Oberfläche eines 11 Millimeter langen "Chips" aus halbleitendem Germanium, wodurch die erste integrierte Schaltung entstand. Da die Schaltung einen einzigen Transistor enthielt - eine Art Miniaturschalter -, könnte der Chip ein "Bit" von Daten enthalten: entweder eine 1 oder eine 0, abhängig von der Konfiguration des Transistors.

Seitdem ist es den Ingenieuren gelungen, die Anzahl der Transistoren, die auf Computerchips passen können, alle zwei Jahre zu verdoppeln. Sie tun dies, indem sie regelmäßig die Größe von Transistoren halbieren. Nach Dutzenden von Iterationen dieser Verdopplungs- und Halbierungsregel messen Transistoren nur wenige Atome, und ein typischer Computerchip hält 9 Millionen davon pro Quadratmillimeter. Computer mit mehr Transistoren können mehr Berechnungen pro Sekunde ausführen (da mehr Transistoren zum Abfeuern zur Verfügung stehen) und sind daher leistungsfähiger. Die Verdoppelung der Rechenleistung alle zwei Jahre wird nach Gordon Moore, dem Intel-Ingenieur, der 1965 zum ersten Mal aufgefallen ist, als "Moore-Gesetz" bezeichnet.

Das Mooresche Gesetz macht die Laptopmodelle des vergangenen Jahres überflüssig, und die Tech-Geräte des nächsten Jahres werden im Vergleich zur heutigen Zeit ohne Zweifel atemberaubend klein und schnell sein. Aber abgesehen vom Konsumismus, wohin steuert das exponentielle Wachstum der Rechenleistung letztendlich? Werden Computer Menschen letztendlich überlisten? Und werden sie jemals aufhören, mächtiger zu werden?

Die Singularität

Viele Wissenschaftler glauben, dass das exponentielle Wachstum der Rechenleistung unausweichlich zu einem zukünftigen Zeitpunkt führt, in dem Computer Intelligenz auf menschlicher Ebene erreichen werden: ein Ereignis, das als "Singularität" bezeichnet wird. Und nach einigen ist die Zeit nahe.

Der Physiker, Autor und selbstbeschriebene "Futurist" Ray Kurzweil hat vorausgesagt, dass Computer innerhalb von zwei Jahrzehnten den Menschen gleich sein werden. Er sagte letztes Jahr dem Time Magazine, dass Ingenieure das menschliche Gehirn bis Mitte der 2020er Jahre erfolgreich zurückentwickeln werden. Bis zum Ende dieses Jahrzehnts werden Computer in der Lage sein, Intelligenz auf menschlicher Ebene zu nutzen.

Die Schlussfolgerung ergibt sich aus der Projektion des Moore-Gesetzes in die Zukunft. Wenn die Verdoppelung der Rechenleistung alle zwei Jahre fortbesteht, "wird die verwendete Technologie bis 2030 so klein sein, dass wir die gesamte Rechenleistung eines menschlichen Gehirns in ein physisches Volumen von der Größe eines Gehirns einpassen können. "erklärte Peter Denning, ausgezeichneter Professor für Informatik an der Naval Postgraduate School und Experte für Innovation im Bereich Computing. "Zukunftsforscher glauben, das ist es, was man für künstliche Intelligenz braucht. An diesem Punkt beginnt der Computer für sich selbst zu denken." [Wie man ein menschliches Gehirn aufbaut]

Was als nächstes passiert, ist ungewiss - und wurde seit Anbeginn des Computerwesens spekuliert.

"Wenn die Methode des maschinellen Denkens erst einmal begonnen hat, würde es nicht lange dauern, unsere schwachen Kräfte zu überwinden", sagte Alan Turing 1951 bei einem Vortrag mit dem Titel "Intelligent Machinery: Eine ketzerische Theorie", der an der Universität von Manchester in Großbritannien vorgestellt wurde. "Irgendwann sollten wir also erwarten, dass die Maschinen die Kontrolle übernehmen." Der britische Mathematiker I.J. Gut angenommen, dass "ultraintelligente" Maschinen, wenn sie einmal erstellt wurden, sogar noch bessere Maschinen entwerfen könnten. "Es würde dann zweifellos eine" Intelligenzexplosion "geben, und die Intelligenz des Menschen würde weit hinter sich lassen. Somit ist die erste ultraintelligente Maschine die letzte Erfindung, die der Mensch jemals machen muss", schrieb er.

Buzz über die kommende Singularität hat sich zu einer solchen Stimmung entwickelt, dass im nächsten Monat sogar ein Buch mit dem Titel "Singularity Rising" (BenBella Books) von James Miller, einem Associate Professor für Volkswirtschaftslehre am Smith College, erscheint Welt nach der Singularität. [Könnte das Internet jemals zerstört werden?]

Gehirnähnliche Verarbeitung

Aber nicht jeder legt Wert auf diesen Begriff der Singularität oder meint, wir werden ihn jemals erreichen. "Viele Gehirnwissenschaftler glauben jetzt, dass die Komplexität des Gehirns so groß ist, dass selbst wenn wir einen Computer bauen könnten, der die Struktur imitiert, wir immer noch nicht wissen, ob das, was wir bauen, als Gehirn funktionieren könnte." Denning erzählte die kleinen Geheimnisse des Lebens. Ohne sensorische Eingaben von außen könnten Computer niemals selbstbewusst werden.

Andere argumentieren, dass Moores Gesetz bald zusammenbrechen wird oder dass es bereits getan hat. Das Argument rührt von der Tatsache her, dass Ingenieure Transistoren nicht viel mehr miniaturisieren können als dies bereits der Fall ist, da sie bereits atomare Grenzen überschreiten. "Wenn ein Transistor nur wenige Atome enthält, können Sie nicht mehr garantieren, dass sich einige Atome wie erwartet verhalten", erklärte Denning. Auf der Atomskala setzen bizarre Quanteneffekte ein. Die Transistoren behalten nicht mehr einen einzigen Zustand bei, der durch eine "1" oder eine "0" dargestellt wird, sondern schwanken unvorhersehbar zwischen den beiden Zuständen, wodurch Schaltkreise und Datenspeicherung unzuverlässig werden. Der andere limitierende Faktor, so Denning, ist, dass Transistoren Wärme abgeben, wenn sie zwischen den Zuständen wechseln, und wenn zu viele Transistoren unabhängig von ihrer Größe auf einem einzigen Siliziumchip zusammengepresst werden, die Hitze, die sie kollektiv abgeben, schmilzt den Chip.

Aus diesen Gründen sagen einige Wissenschaftler, dass sich die Rechenleistung ihrem Zenit nähert."Wir sehen bereits eine Verlangsamung von Moores Gesetz", sagte der theoretische Physiker Michio Kaku in einer BigThink-Vorlesung im Mai.

Aber wenn das der Fall ist, ist dies für viele eine Neuigkeit. Doyne Farmer, Professor für Mathematik an der Universität Oxford, der sich mit der Entwicklung der Technologie beschäftigt, sagt, dass es wenig Beweise für ein Ende des Mooreschen Gesetzes gibt. "Ich bin bereit zu wetten, dass es keine ausreichenden Daten gibt, um die Schlussfolgerung ziehen zu können, dass eine Verlangsamung [des Moore-Gesetzes] beobachtet wurde", sagte Farmer zu Little Mysteries von Life. Er sagt, Computer werden immer leistungsfähiger, je hirnartiger sie werden.

Laut Farmer können Computer bereits einzelne Operationen um Größenordnungen schneller durchführen als Menschen. Inzwischen ist das menschliche Gehirn der parallelen Verarbeitung oder der gleichzeitigen Ausführung mehrerer Operationen weit überlegen. Während des größten Teils des vergangenen halben Jahrhunderts haben Ingenieure Computer schneller gemacht, indem sie die Anzahl der Transistoren in ihren Prozessoren erhöht haben, aber erst vor kurzem begannen sie, Computerprozessoren "zu parallelisieren". Um die Tatsache zu umgehen, dass einzelne Prozessoren nicht mit zusätzlichen Transistoren gepackt werden können, haben Ingenieure begonnen, die Rechenleistung zu erhöhen, indem sie Multi-Core-Prozessoren oder Systeme von Chips aufgebaut haben, die parallel Berechnungen durchführen. "Dies steuert das Hitzeproblem, weil Sie es können verlangsamen Sie die Uhr ", erklärte Denning. "Stellen Sie sich vor, jedes Mal, wenn die Uhr des Prozessors tickt, feuern die Transistoren. Statt zu versuchen, den Takt zu beschleunigen, um alle diese Transistoren mit höheren Geschwindigkeiten auszuführen, können Sie den Takt langsam halten und auf allen Chips parallel aktiv sein." Er sagt, dass Moores Gesetz wahrscheinlich weitergehen wird, da sich die Anzahl der Kerne in Computerprozessoren alle zwei Jahre verdoppelt.

Und weil Parallelisierung der Schlüssel zur Komplexität ist, "in gewissem Sinne lassen Computer mit mehreren Kernen mehr wie das Gehirn arbeiten", sagte Farmer zu Little Mysteries von Life.

Und dann gibt es die zukünftige Möglichkeit des Quanten-Computing, ein relativ neues Feld, das versucht, die mit den Quantenzuständen verbundene Unsicherheit zu nutzen, um wesentlich komplexere Berechnungen durchzuführen, als dies mit heutigen Computern möglich ist. Während herkömmliche Computer Informationen in Bits speichern, speichern Quantencomputer Informationen in Qubits: Teilchen wie Atome oder Photonen, deren Zustände miteinander "verschränkt" sind, so dass eine Änderung zu einem der Teilchen die Zustände aller anderen beeinflusst. Durch Verschränkung ermöglicht eine einzelne Operation, die auf einem Quantencomputer ausgeführt wird, theoretisch die sofortige Ausführung einer unvorstellbar großen Anzahl von Berechnungen, und jedes zusätzliche Teilchen, das dem System der verschränkten Teilchen hinzugefügt wird, verdoppelt die Leistungsfähigkeit des Computers.

Wenn es Physikern gelingt, das Potenzial von Quantencomputern zu nutzen - etwas, für das sie Schwierigkeiten haben -, wird das Moores Gesetz sicherlich weit in die Zukunft reichen, sagen sie.

Letztes Limit

Wenn das Mooresche Gesetz gilt und die Computerkraft weiterhin exponentiell ansteigt (entweder durch menschliches Einfallsreichtum oder durch seinen eigenen ultraintelligenten Dampf), gibt es dann einen Punkt, an dem der Fortschritt gezwungen sein wird, aufzuhören? Die Physiker Lawrence Krauss und Glenn Starkman sagen "Ja". 2005 berechneten sie, dass Moores Gesetz nur so lange halten kann, bis den Computern tatsächlich Materie und Energie im Universum ausgehen, um als Bits verwendet zu werden. Letztendlich werden Computer nicht weiter expandieren können. Sie werden nicht in der Lage sein, genügend Material zu kooptieren, um ihre Anzahl von Bits alle zwei Jahre zu verdoppeln, weil das Universum zu schnell auseinandergehen wird, um es aufzuholen und mehr davon aufzunehmen.

Wenn also Moores Gesetz so genau wie bisher gilt, wann sagen Krauss und Starkman, dass Computer aufhören müssen zu wachsen? Projektionen deuten darauf hin, dass der Computer das gesamte erreichbare Universum umfassen wird und jedes Stück Materie und Energie in 600 Jahren zu einem Teil seines Kreislaufs machen wird.

Das könnte sehr bald erscheinen. "Trotzdem ist Moores Gesetz ein exponentielles Gesetz", sagte Starkman, Physiker an der Case Western University, den Little Mysteries von Life. Sie können die Anzahl der Bits nur so oft verdoppeln, bis Sie das gesamte Universum benötigen.

Persönlich glaubt Starkman, Moores Gesetz würde zusammenbrechen, lange bevor der ultimative Computer das Universum frisst. Tatsächlich glaubt er, dass Computer in etwa 30 Jahren nicht mehr leistungsfähiger werden. Letztendlich ist nicht abzusehen, was passieren wird. Wir könnten die Singularität erreichen - den Punkt, an dem Computer bewusst werden, die Kontrolle übernehmen und sich dann selbst verbessern. Oder vielleicht nicht. In diesem Monat hat Denning in der Zeitschrift "Communications of the ACM" ein neues Papier veröffentlicht: "Fühlen Sie sich nicht schlecht, wenn Sie die Zukunft nicht vorhersagen können". Es geht um all die Leute, die dies in der Vergangenheit versucht haben und versagt haben.

Diese Geschichte wurde von Life's Little Mysteries, einer Schwesterseite von WordsSideKick.com, zur Verfügung gestellt. Folgen Sie Natalie Wolchover auf Twitter @nattyover oder Life's Little Mysteries @llmysteries. Wir sind auch auf Facebook & Google+.


Videoergänzungsan: Ein Computer aus der Zukunft? iMac Pro (review).




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