Beşinci nesil bilgisayar - Fifth generation computer

Beşinci Nesil Bilgisayar Sistemleri ( FGCS ) Japonya'nın bir girişimiydi Uluslararası Ticaret ve Sanayi Bakanlığı kullanarak bilgisayarları oluşturmak için, 1982 yılında başlamış (MITI), paralel hesaplama ve mantık programlama . 1980'lerde Japonya'da bir hükümet/sanayi araştırma projesinin sonucu olacaktı. Süper bilgisayar benzeri performansa sahip "çağ açan bir bilgisayar" yaratmayı ve yapay zekada gelecekteki gelişmeler için bir platform sağlamayı amaçladı . Beşinci nesil bilgisayar olarak da adlandırılan ilgisiz bir Rus projesi de vardı (bkz. Kronos (bilgisayar) ).

Ehud Shapiro , (FGCS projesini, projenin yazılım temeli olarak eşzamanlı mantık programlamaya odaklayan) "Gezi Raporu" makalesinde , bu projeyi yönlendiren mantığı ve motivasyonları yakaladı:

"Japonya'nın bilgisayar endüstrisinde lider olma çabasının bir parçası olarak, Yeni Nesil Bilgisayar Teknolojisi Enstitüsü, bilgi bilgi işleme sistemlerine uygulanabilecek büyük bilgisayar sistemlerinin geliştirilmesi için devrim niteliğinde bir on yıllık plan başlattı. Bu Beşinci Nesil Bilgisayarlar mantıksal programlama kavramları etrafında inşa edilecek.Japonya'nın kendi katkısı olmadan yurtdışından gelen bilgiyi sömürdüğü suçlamasını çürütmek için bu proje özgün araştırmaları teşvik edecek ve sonuçlarını uluslararası araştırma camiasına sunacaktır."

"Beşinci nesil" terimi, sistemi gelişmiş olarak ifade etmeyi amaçlıyordu. Olarak donanım işlem tarihi , bilgisayar kullanarak vakum tüpleri ilk nesil olarak adlandırılan edilmiştir; transistörler ve diyotlar , ikincisi; entegre devreler , üçüncüsü; ve mikroişlemci kullananlar , dördüncüsü. Önceki bilgisayar nesilleri tek bir CPU'daki mantık öğelerinin sayısını artırmaya odaklanırken, o zamanlar yaygın olarak inanılan beşinci nesil, ek performans için çok sayıda CPU'ya dönüşecekti.

Proje, bilgisayarı on yıllık bir süre boyunca oluşturmaktı, ardından bilgisayarın sona erdiği kabul edildi ve yeni bir "altıncı nesil" projeye yatırım başlayacaktı. Sonucuyla ilgili görüşler bölündü: ya bir başarısızlıktı ya da zamanının ötesindeydi.

Bilgi

1965'lerin sonlarında, 1970'lerin başına kadar en çok kullanılanlardan biriydi, bilgisayar donanımının "nesilleri" hakkında çok konuşuldu - genellikle "üç nesil".

1. Birinci nesil: Termiyonik vakum tüpleri. 1940'ların ortası. IBM, takılabilir modüllerde vakum tüplerinin düzenlenmesine öncülük etti. IBM, 650 birinci kuşak bilgisayar oldu.
2. İkinci nesil: Transistörler. 1956. Minyatürleşme dönemi başlıyor. Transistörler, vakum tüplerinden çok daha küçüktür, daha az güç çeker ve daha az ısı üretir. Ayrık transistörler devre kartlarına lehimlenmiştir ve ara bağlantılar arka tarafta şablon ekranlı iletken desenlerle gerçekleştirilir. IBM 7090 ikinci kuşak bilgisayar oldu.
3. Üçüncü nesil: Entegre devreler (birden fazla transistör içeren silikon çipler). 1964. Öncü bir örnek, IBM 360/91'de kullanılan, silikon katmanlarını seramik bir alt tabaka üzerine istifleyerek çip başına 20'den fazla transistör yerleştiren ACPX modülüdür; çipler, benzeri görülmemiş mantık yoğunlukları elde etmek için bir devre kartı üzerinde bir araya getirilebilir. IBM 360/91, hibrit bir ikinci ve üçüncü nesil bilgisayardı.

Metal dişlilere ( IBM 407 gibi ) veya mekanik rölelere (Mark I gibi) dayalı "sıfır nesil" bilgisayar ve Çok Büyük Ölçekli Entegre ( VLSI) tabanlı üçüncü nesil sonrası bilgisayarlar bu sınıflandırmadan çıkarılmıştır. ) devreler.

Yazılım için paralel bir nesiller grubu da vardı:

1. Birinci nesil : Makine dili .
2. İkinci nesil : Assembly dili gibi düşük seviyeli programlama dilleri .
3. Üçüncü nesil : C , COBOL ve FORTRAN gibi yapılandırılmış üst düzey programlama dilleri .
4. Dördüncü nesil : "Prosedürel olmayan" üst düzey programlama dilleri (nesne yönelimli diller gibi)

1970'lere kadar bu çoklu nesiller boyunca Japonya, ABD ve İngiliz liderlerini takip eden bilgisayarlar yaptı. 1970'lerin ortalarında, Uluslararası Ticaret ve Sanayi Bakanlığı batılı ipuçlarını takip etmeyi bıraktı ve bilgi işlemin geleceğine küçük ölçekte bakmaya başladı. Onlar sordu Japonya Bilgi İşleme Geliştirme Merkezini gelecekteki planlarına dair bir sayısını belirtmek için (JIPDEC) ve 1979 yılında sanayi ve akademi ile birlikte daha derinlemesine çalışmalar yapmak üzere üç yıllık sözleşme teklif etti. Bu dönemde "beşinci nesil bilgisayar" terimi kullanılmaya başlandı.

1970'lerden önce, MITI rehberliği, gelişmiş bir çelik endüstrisi, petrol süper tankerinin yaratılması , otomotiv endüstrisi, tüketici elektroniği ve bilgisayar belleği gibi başarılara sahipti . MITI geleceğin bilgi teknolojisi olacağına karar verdi . Bununla birlikte, Japon dili , özellikle yazılı haliyle, bilgisayarlar için engeller sundu ve hala sunuyor. Bu engellerin bir sonucu olarak, MITI uzmanlardan yardım istemek için bir konferans düzenledi.

Bu ilk projeden araştırma için birincil alanlar şunlardı:

• Bilgi işleme için çıkarım bilgisayar teknolojileri
• Büyük ölçekli veri tabanlarını ve bilgi tabanlarını işlemek için bilgisayar teknolojileri
• Yüksek performanslı iş istasyonları
• Dağıtılmış fonksiyonel bilgisayar teknolojileri
• Bilimsel hesaplama için süper bilgisayarlar

Proje, büyük ölçüde paralel hesaplama/işleme kullanan süper bilgisayar benzeri performansa sahip "çağ açan bir bilgisayar" hayal etti. Amaç, eşzamanlı mantık programlama kullanarak yapay zeka uygulamaları için paralel bilgisayarlar oluşturmaktı. FGCS projesi ve geniş bulguları, eşzamanlı mantık programlama alanının geliştirilmesine büyük ölçüde katkıda bulunmuştur.

FGCS projesi tarafından tanımlanan hedef, "Bilgi Bilgi İşleme sistemleri" (kabaca anlamı, uygulamalı Yapay Zeka ) geliştirmekti. Bu hedefi uygulamak için seçilen araç, mantıksal programlamaydı . Kurucularından biri olan Maarten Van Emden tarafından tanımlanan mantık programlama yaklaşımı:

• Bir bilgisayarda bilgiyi ifade etmek için mantığın kullanılması.
• Bir bilgisayara sorunları sunmak için mantık kullanımı.
• Bu problemleri çözmek için mantıksal çıkarımın kullanılması.

Daha teknik olarak, iki denklemle özetlenebilir:

• Program = Aksiyomlar kümesi .
• Hesaplama = Aksiyomlardan bir ifadenin kanıtı .

Tipik olarak kullanılan aksiyomlar, Horn-cümleleri veya kesin-yan tümceleri olarak adlandırılan sınırlı bir formun evrensel aksiyomlarıdır . Bir hesaplamada kanıtlanan ifade varoluşsal bir ifadedir. Kanıt yapıcıdır ve varoluşsal olarak nicelenmiş değişkenler için değerler sağlar: bu değerler hesaplamanın çıktısını oluşturur.

Mantıksal programlama, bilgisayar biliminin çeşitli aşamalarını ( yazılım mühendisliği , veri tabanları , bilgisayar mimarisi ve yapay zeka ) birleştiren bir şey olarak düşünüldü . Mantıksal programlamanın bilgi mühendisliği ve paralel bilgisayar mimarileri arasında eksik bir bağlantı olduğu görülüyordu .

Proje , verileri tanımlamak ve bunlara erişmek için bir mantıksal programlama dili kullanan büyük veritabanlarının (geleneksel bir dosya sisteminin aksine) üzerinde çalışan bir paralel işlem bilgisayarı hayal etti. LIPS'nin Saniye Başına Mantıksal Çıkarım olduğu 100M ve 1G LIPS arasında performansa sahip bir prototip makine oluşturmayı tasarladılar . O zamanlar tipik iş istasyonu makineleri yaklaşık 100k LIPS kapasitesine sahipti. Bu makineyi on yıllık bir süre, ilk Ar-Ge için 3 yıl, çeşitli alt sistemler oluşturmak için 4 yıl ve çalışan bir prototip sistemini tamamlamak için son 3 yılda inşa etmeyi önerdiler. 1982'de hükümet projeyi sürdürmeye karar verdi ve çeşitli Japon bilgisayar şirketleriyle ortak yatırım yaparak Yeni Nesil Bilgisayar Teknolojisi Enstitüsü'nü (ICOT) kurdu.

Aynı yıl, ICOT'u ziyareti sırasında Ehud Shapiro , mantık programlamayı ve eşzamanlı programlamayı entegre eden yeni bir eşzamanlı programlama dili olan Concurrent Prolog'u icat etti . Concurrent Prolog, eşzamanlı programlama ve paralel yürütme için tasarlanmış bir mantık programlama dilidir. Bu bir olan süreç yönelimli dil barındırıyor, veri akışı senkronizasyonu ve güvenlikli-komuta belirsizliğe temel kontrol mekanizmaları olarak. Shapiro, dili, Prolog'da yazılmış bir Eşzamanlı Prolog yorumlayıcısı sunan ICOT Teknik Raporu 003 olarak işaretlenmiş bir Raporda tanımladı . Shapiro'nun Concurrent Prolog üzerindeki çalışması, FGCS'nin Prolog'un paralel uygulanmasına odaklanmaktan , projenin yazılım temeli olarak eşzamanlı mantık programlamaya odaklanma yönünde bir değişikliğe ilham verdi . Ayrıca , FGCS projesi tarafından temel programlama dili olarak tasarlanan ve uygulanan programlama dili olan KL1'in temeli olan Ueda'nın eşzamanlı mantık programlama dili Guarded Horn Clauses'a (GHC) ilham verdi .

uygulama

Beşinci Nesil projesi tarafından üretilen tüm performans kazanımlarının geleceğinin paralel hesaplama olduğu inancı, bilgisayar alanında bir endişe dalgası yarattı. 1970'lerde tüketici elektroniği alanını ve 1980'lerde otomotiv dünyasını etkiledikten sonra , 1980'lerde Japonlar güçlü bir üne kavuştu. Kısa süre sonra ABD'de Stratejik Hesaplama Girişimi ve Mikroelektronik ve Bilgisayar Teknolojileri Şirketi (MCC), Birleşik Krallık'ta Alvey ve Avrupa'da Bilgi Teknolojilerinde Araştırmaya İlişkin Avrupa Stratejik Programı (ESPRIT) olarak paralel projeler kuruldu. olarak Avrupa Bilgisayar Sanayi Araştırma Merkezi'nde de (ECRC) Münih arasında bir işbirliği ICL İngiltere, içinde Bull Fransa'da ve Siemens Almanya'da.

Beş çalışan Paralel Çıkarım Makinesi (PIM) sonunda üretildi: PIM/m, PIM/p, PIM/i, PIM/k, PIM/c. Proje aynı zamanda paralel veri tabanı yönetim sistemi Kappa, yasal muhakeme sistemi HELIC-II ve otomatik teorem doğrulayıcı MGTP gibi bu sistemler üzerinde çalışacak uygulamalar ve biyoinformatik uygulamaları üretti .

Arıza

FGCS Projesi, Lisp makine şirketleri ve Thinking Machines'e benzer nedenlerle ticari başarı ile karşılaşmadı . Son derece paralel bilgisayar mimarisi, sonunda daha az özelleşmiş donanımlar (örneğin, Sun iş istasyonları ve Intel x86 makineleri) tarafından hız olarak aşıldı . Proje, yeni nesil gelecek vaat eden Japon araştırmacılar üretti. Ancak FGCS Projesi'nden sonra, MITI büyük ölçekli bilgisayar araştırma projelerini finanse etmeyi bıraktı ve FGCS Projesi tarafından geliştirilen araştırma ivmesi dağıldı. Ancak MITI/ICOT, 1990'larda bir Altıncı Nesil Projeye girişti.

Birincil sorun, paralel bilgisayar mimarisi ile mantığın bir bilgi temsili ve AI uygulamaları için problem çözme dili olarak kullanımı arasındaki köprü olarak eşzamanlı mantık programlamasının seçimiydi . Bu asla temiz bir şekilde olmadı; hepsi kendi sınırlamaları olan bir dizi dil geliştirildi. Özellikle, eşzamanlı kısıtlama mantık programlamasının taahhütlü seçim özelliği , dillerin mantıksal anlambilimine müdahale etti.

Bir başka sorun da, mevcut CPU performansının, uzmanların 1980'lerde algıladığı engelleri hızla aşması ve paralel hesaplamanın değerinin, bir süre sadece niş durumlarda kullanıldığı noktaya düşmesiydi. Artan kapasiteye sahip bir dizi iş istasyonu projenin ömrü boyunca tasarlanmış ve inşa edilmiş olsa da, genellikle kendilerini ticari olarak satılan "kullanıma hazır" birimlerden daha iyi performans gösterdiler.

Proje ayrıca sürekli büyümeyi sürdüremedi. Kullanım ömrü boyunca, GUI'ler bilgisayarlarda ana akım haline geldi; İnternet lokal olarak dağıtılan olmayı veritabanlarını saklanan etkin; ve hatta basit araştırma projeleri bile veri madenciliğinde daha iyi gerçek dünya sonuçları sağladı. Ayrıca proje, mantıksal programlamanın vaatlerinin , taahhütlü seçimin kullanılmasıyla büyük ölçüde reddedildiğini buldu.

On yıllık sürenin sonunda, proje 50 milyar yen'in üzerinde (1992 döviz kuruyla yaklaşık 400 milyon ABD doları) harcamış ve hedeflerine ulaşamadan sonlandırılmıştır. İş istasyonlarının, genel amaçlı sistemlerin artık onların yerini alabileceği ve daha iyi performans gösterebileceği bir pazarda çekiciliği yoktu. Bu, CLIPS gibi kural tabanlı sistemlerin genel amaçlı bilgisayarlarda çalışabildiği ve pahalı Lisp makinelerini gereksiz kıldığı Lisp makine pazarına paraleldir .

Zamanının ötesinde

Çok başarılı olmasa da, Beşinci Nesil projesinde görülen mantık programlama gibi yaklaşımların çoğu, büyük bilgi tabanlarına dağıtıldı ve şimdi mevcut teknolojilerde yeniden yorumlanıyor. Örneğin, Web Ontoloji Dili (OWL), mantık tabanlı bilgi temsil sistemlerinin birkaç katmanını kullanır. Bununla birlikte, bu yeni teknolojilerin Beşinci Nesil girişimi kapsamında araştırılan kaldıraçlı yaklaşımlardan ziyade yeniden icat edildiği görülüyor.

21. yüzyılın başlarında, alt uçta çok çekirdekli mimariler ve üst uçta büyük ölçüde paralel işleme dahil olmak üzere birçok paralel hesaplama çeşidi çoğalmaya başladı . Ne zaman saat hızları CPU 3-5 GHz aralığındaki taşınmak başladı CPU güç dağılımı ve diğer sorunlar daha önemli hale geldi. Endüstrinin her zamankinden daha hızlı tek CPU sistemleri üretme yeteneği ( Moore'un transistör sayımlarının periyodik olarak iki katına çıkarılmasıyla ilgili Yasası ile bağlantılı ) tehdit edilmeye başlandı. Sıradan tüketici makineleri ve oyun konsolları , Intel Core , AMD K10 ve Cell gibi paralel işlemcilere sahip olmaya başladı . Nvidia ve AMD gibi grafik kartı şirketleri CUDA ve OpenCL gibi büyük paralel sistemleri tanıtmaya başladı . Yine de, bu gelişmelerin Beşinci Nesil projesi tarafından önemli bir şekilde kolaylaştırıldığı açık değildir.

Özetle, Beşinci Nesil projesinin devrimci olduğu, ancak yine de çöküş alanları olduğu iddia ediliyor.

Referanslar