Výpočetní výkon: od mozku až k superpočítačům

Karel Javůrek  |  Technika

Technologický vývoj se v novodobé historií kromě jiných znaků určuje také podle výpočetního výkonu, kterým lidstvo disponuje. Kde to ale vlastně začalo?

Zaměříme se na zajímavý pohled na technologický vývoj prostřednictvím výpočetního výkonu. V moderní době ho sice tvoří počítače, ale jak si popíšeme, nejedná si o nic nového. Příroda už totiž výkonné stroje staví miliony let z buněčného materiálu.

Náš současný vývoj je tak pouze pokračováním nastoleného trendu, který započal sám už před několika miliardami let.

Mozek jako přírodní superpočítač

Mozek šimpanze. Foto Gaetan Lee, Wikipedia

Výzkum prokázaly, že nervová soustava, která se vyskytuje u všech pokročilejších organismů, pracuje s logickými prvky. Vědci už postupně zkoumají jednotlivé části, napojují je na elektronické přístroje a dokonce je upravují a simulují jejich nastavení a chování.

Aby se jakýkoli organismus dokázal pohybovat v realitě, která je tvořena třemi prostory a časem, potřebuje nutně nejen senzory, které jsou schopné zachytit částice a vlnění z prostředí. Nutná je také nějaká forma zpracování těchto signálů.

Zatím nejdokonalejší nervovou soustavou je mozek, z hlediska výkonu a kapacity pak ten lidský. I když si to možná neuvědomujeme, výpočty jsou v případě mozku neustálé, což samozřejmě platí u všech organismů.

Kdy nám už mozek nestačí

Pokud se dávný lovec snažil zabít běžící zvíře pomocí luku, musel jeho mozek disponovat již opravdu velkým výkonem. Nastavení luku, úhel zamíření, kdy se bere v úvahu rychlost zvířete, a předvídání jeho plynulého pohybu v prostoru je nutné správně spočítat. Nic není dokonalé hned od začátku, ale díky „učení“ a postupným opakováním lze docílit přesného výsledku.

Samotná střelba se možná zdá automatickou, ale to pouze na první pohled. Ve skutečnosti musí mozek pracovat s daty, která přichází z oka, ucha (úhel náklonu) a dalších senzorů. Musí zpracovat obraz a nastavit správně veškeré svalstvo, které drží a pohybuje lukem. Přesné načasování v rámci výpočtu pohybu objektu v prostoru je také nutné.

Tato ukázka se týká pouze míření na pohybující se objekt, mozek však dokáže zpracovávat mnohem náročnější úlohy. Vědci zatím stále spekulují, jaký výkon mozek má, tento údaj totiž není rozhodně snadné zjistit. Mozek se totiž dokáže přeprogramovávat dle potřeby (nové neuronové vazby, nové logické části) a jednotlivé části jsou úzce specializované. Problém je i v měření, protože mozek není v celé své struktuře určen na stejné výpočty, takže nelze vyčíslit jednoduché a všeříkající číslo, které by ho ohodnotilo.

Náš vývoj dospěl do stádia, kdy nám náš mozek už nestačí; respektive nestihl se dostatečně rychle přizpůsobit potřebám, které jako lidstvo máme. Takže v minulém století přišly na řadu první stroje, které začaly výpočetního éru z jiného materiálu.

Superpočítače a jejich evoluce

První počítač s názvem Z1, který disponoval výkonem 1 OPS, tedy jedné operace za sekundu, byl sestrojen v roce 1938. V roce 1941 byla k dispozici již třetí verze s výkonem 20 OPS. Dvacetkrát výkonnější stroj za čtyři roky? To ještě nic není. V roce 1943 byl totiž vyroben stroj Colossus 1 s výkonem 5 000 OPS, tedy stejně jako slavný ENIAC v roce 1946 pod taktovkou Spojených států.

Jedna operace za sekundu, takový výkon měl počítač z roku 1938 Zuse 1. Foto: ComputerGeek, Wikipedia
Jedna operace za sekundu, takový výkon měl počítač Z1 z roku 1938. Foto: ComputerGeek, Wikipedia

Jak rychle se výkon postupem doby zvyšoval a bude zvyšovat, si můžete prohlédnout v tomto seznamu. Ukazuji vždy rok vzniku superpočítače s tisícinásobně vyšší výkonem, než měl ten předchozí.

  • 1938: OPS
  • 1943: kOPS
  • 1961: MFLOPS
  • 1984: GFLOPS
  • 1997: TFLOPS
  • 2008: PFLOPS
  • 2018: EFLOPS
  • 2029: ZFLOPS
  • 2040: YFLOPS

V posledních letech se dostáváme k průměrnému zvyšování výkonu rychlostí tisícinásobku přibližně každých deset let. Technologická singularita předpovídá, že se tato doba bude zkracovat. To by mohla být relativně pravda, pokud však není v rámci hmoty nějaké omezení.

Superpočítač K vyvíjí Fujitsu a RIKEN

Největší očekávání od mobilních zařízení

Využití hmoty na logické operace s sebou nese otázky, které se čím dál častěji začínají objevovat. Ať už se totiž jedná o buněčnou nebo křemíkovou stavbu logických prvků, vždy se jedná o protony, neutrony a elektrony v určité kombinace a konfiguraci. Schopnost logických operací je tak již v základu samotné hmoty.

Díky vysokému výkonu jsme dnes už schopni simulovat v omezené míře buňky nebo molekuly, což vede k dalšímu zrychlení vývoje. Mnoho objevů už dnes vlastně vzniká nejdříve v počítači v rámci simulací, až později se pak inženýři a fyzikové snaží o reálné sestrojení.

S vyšším výkonem dokážeme objevovat nové věci rychleji a posunovat naše poznání dále. Nesmíme navíc zapomínat ani na fakt, že výkon, který byl v superpočítačích, můžeme mít již přímo u sebe v miniaturní podobě.

Se zvyšováním tohoto výkonu porostou i možnosti, kterými tato zařízení budou disponovat. Největší očekávání jsou přitom od mobilních zařízení, které nosíme neustále s sebou. Umožňují nám kdykoli využít takřka veškeré informace lidstva pomocí internetu. I tato zařízení už začínají mít řadu senzorů pro vyhodnocování dat z okolí, včetně jejich zpracování.

Nejčtenější

Další weby Mladé fronty