211service.com
Ewolucja informatyki
W 1958 Chaim Pekeris ukończył przełomowy projekt w dziedzinie informatyki. Jako fizyk w Instytucie Technologicznym Weizmanna w Izraelu, zafascynował się stosunkowo nową nauką mechaniki kwantowej i jej potencjałem wyjaśniania z pierwszych zasad zachowania atomów.
Był jednak problem. Równanie opracowane przez Schrodingera, które mogło wykonać tę pracę, było zbyt skomplikowane, aby mogli sobie z nimi poradzić zwykli śmiertelnicy. Wykorzystanie go do określenia poziomu energii elektronowej nawet małego atomu helu wydawało się niemożliwe.
Chaim wpadł jednak na pomysł: dlaczego nie wykorzystać początkującej dziedziny informatyki do wykonania tej pracy.
Dzisiaj Christoph Koutschan i Doron Zeilberger analizują pracę, którą wykonywał przez kilka lat i porównują ją z podejściem, jakie przyjęliby dzisiaj do problemu. To sprawia, że lektura jest ciekawa.
Zadanie Chaima było monumentalne. Musiał najpierw przekonać Instytut Wiezmanna i komitet techniczny, w tym Einsteina i Von Neumanna, do zbudowania komputera. Einsteina trudno było przekonać, ale ostatecznie został pokonany przez Von Neumanna.
WEIZAC, pierwszy komputer elektroniczny w Izraelu, został zbudowany w latach 1954-1954. Według Wikipedii WEIZAC był komputerem asynchronicznym operującym na 40-bitowych słowach. Instrukcje składały się z 20-bitów: 8-bitowego kodu instrukcji i 12-bitów do adresowania. Na pamiątkę miał magnetyczny bęben, który mógł pomieścić 1024 słów.
Dzisiaj możesz uzyskać więcej mocy obliczeniowej z pralki.
Zanim komputer mógł się zaangażować, Pekeris musiał wypracować, jak opisać dwa atomy i jądro atomu helu za pomocą powtarzających się równań różniczkowych cząstkowych, z którymi może sobie poradzić komputer. Rezultatem było niezwykłe 33-członowe równanie, które wyprowadził ręcznie, pojedyncze obliczenie, które według szacunków Koutschan i Zeilberger musiało zająć 20 osobogodzinom.
Komputer musiał zostać zaprogramowany w kodzie maszynowym. Oznacza to napisanie go w całości w zerach i jedynkach, do czego zwerbował pomoc od wczesnego programisty-samouka o imieniu Yigal Accad.
Ten program następnie zajmował WEIZAC przez wiele miesięcy, ostatecznie tworząc zestaw tabel opisujących poziomy energii atomu helu, po raz pierwszy zrobiono to dokładnie..
Jak więc prawo Moore'a wpłynęło na ten proces, zapytaj Koutschana i Zeilbergera.
Powtórzyli projekt Pekerisa, korzystając z nowoczesnych narzędzi informatyki, aby zobaczyć, jak się porównują.
Mówią, że obliczenia numeryczne – pracę wykonaną przez WEIZAC – można wykonać w ułamku sekundy na dowolnym laptopie.
Wskazują również, że programowanie jest również znacznie łatwiejsze, dzięki wielu dostępnym obecnie językom programowania wysokiego poziomu. Na szczęście niewiele osób w dzisiejszych czasach musi bawić się kodem maszynowym.
Ale być może najbardziej zaskakującą rzeczą jest to, że algebra do obliczania równań różniczkowych może być obecnie wykonywana znacznie szybciej za pomocą programów do algebry komputerowej, takich jak Mathematica i Maple.
Koutschan i Zeilberger twierdzą, że byli w stanie skondensować tę część projektu, która zajęła Pekerisowi co najmniej 20 godzin, w dwugodzinną sesję.
To fascynujące badanie i pod pewnymi względami sprzeczne z intuicją. Chociaż łatwo jest zobaczyć wiele rzędów wielkości ulepszeń, które poprawiły sprzęt, z tej pracy jasno wynika, że przyspieszenie oprogramowania jest bardziej ograniczone.
W szczególności poprawa o rząd wielkości – z 20 godzin do 2 godzin – w czasie potrzebnym na wykonanie algebry dla tego problemu jest zaskakująco małą poprawą w okresie 50 lat.
Ale biorąc pod uwagę naturę problemu, trudno sobie wyobrazić, jak możliwe są dalsze ulepszenia rzędu wielkości. Jakie oprogramowanie do algebry komputerowej może pozwolić człowiekowi na zaprogramowanie tego rodzaju równań różniczkowych w ciągu minut lub sekund.
Oczywiście czynnikiem ograniczającym nie jest tutaj oprogramowanie, ale „wetware”. Co oznacza, że następna generacja ulepszeń będzie musiała albo skupić się na ulepszeniu oprogramowania mokrego, albo całkowicie wyeliminować go z obiegu.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1006.0200 : Przełomowa współpraca Pekeris-Accad-WEIZAC z 1958 r., która obliczyła stany naziemne atomów dwuelektronowych (i ich redux z 2010 r.).