Текст книги "Технологии Четвертой промышленной революции"

Развитие Четвертой промышленной революции будет зависеть от того, сможем ли мы принимать осознанные решения или будем действовать без оглядки на растущие экономические, экологические и социальные проблемы. Если мы на самом деле хотим почувствовать себя частью чего-то гораздо большего, чем мы есть – истинно глобальной цивилизацией с осознанием общей судьбы, – нужно вовлечь в движение по намеченному нами курсу все заинтересованные круги. Мы несем ответственность за предоставление равных возможностей растущему населению развивающихся стран, особенно молодежи, которая все еще пытается воспользоваться плодами предыдущих промышленных революций. Мы должны сохранить для будущих поколений здоровую планету. И мы должны стремиться к тому, чтобы выгоды этой технологической эры справедливо распределялись между всеми гражданами независимо от возраста, уровня дохода, расы или убеждений.

Решение наших общих проблем требует радикального мышления. Технологии, вытесняющие ручной труд, серьезные климатические изменения, растущая озабоченность в отношении неравенства и грядущей экономической неопределенности подрывают те модели и парадигмы, на которых основываются наше общество и экономика. Лидеры всех секторов промышленности во всех странах должны взять на себя ответственность за ведение диалога о необходимых социальных и экономических системных изменениях. Нужно также определиться, какими будут эти изменения – кардинальными или постепенными.

Итоги главы

Если мы хотим, чтобы Четвертая промышленная революция привела нас в экологически рациональное и открытое для всех будущее, крайне важно придерживаться подхода, нацеленного на множество заинтересованных сторон.

Принцип множества заинтересованных сторон предполагает, что жизнеспособные решения сложных мировых проблем могут быть достигнуты только при совместном участии руководителей бизнеса, государства, гражданского общества и научных кругов, а также с привлечением молодого поколения.

Для включения развивающихся стран в Четвертую промышленную революцию необходимо:

• на местном и региональном уровне обсуждать, как будет выглядеть будущее и как местное население сможет воспользоваться преимуществами новых технологий;

• на местном, региональном и общемировом уровне проводить в отношении инноваций, инфраструктур и индустриализации политику, которая позволит всем гражданам воспользоваться потенциалом и выгодами новых технологий.

Защита окружающей среды в ходе Четвертой промышленной революции подразумевает:

• не только создание и внедрение новых технологий для недопущения ущерба, но и упреждающий, ориентированный на перспективу подход к сохранению и улучшению мира природы;

• перестройку экономических моделей в отношении использования технологий и их воздействия, чтобы стимулировать производителей и потребителей к снижению потребления ресурсов и поощрять экологически рациональные продукты и услуги.

Чтобы Четвертая промышленная революция обеспечила процветание, открытость и равенство для общества и граждан, требуется осознанный выбор технологических систем, которые неизбежно будут влиять на экономику, окружающую среду и социальные системы. Это означает, что нужно иметь волю для противодействия существующим экономическим и политическим парадигмам и их перестройки с целью включения всех заинтересованных участников – независимо от этнической, возрастной, половой или национальной принадлежности.

Часть 2
Технологии, возможности и перемены

Краткий обзор

В части 1 мы рассказали о динамике развития и проблемах Четвертой промышленной революции, а также обсудили необходимость использования подхода, который бы ориентировался на человека, базировался на ценностях и учитывал интересы всех групп, участвующих в процессе. В части 2 мы более подробно обсудим уникальные технологии и условия, создающие предпосылки для этих технологий, а также узнаем, как, работая в связке, оба этих компонента становятся движущей силой новой эры. Размах, масштаб и скорость изменений этих технологий таковы, что они окажут влияние не только на промышленность, – эти технологии способны изменить ход истории и повлияют на все стороны нашей жизни.

Написанные в рамках сотрудничества с сетью советов по глобальному будущему (Global Future Councils) и сетью экспертов Всемирного экономического форума, следующие 12 глав расскажут о технологиях, которые служат движущими силами Четвертой промышленной революции по мере того, как она набирает обороты и охватывает весь мир. Четыре раздела – «Расширение цифровых технологий», «Преобразование физического мира», «Изменение человека» и «Интеграция окружающей среды» – направляют обсуждение этих технологий в сторону ключевых тем, подчеркивающих то, как технологии влияют на мир и знаменуют начало новой эры. Эти главы призваны дать общую картину – в соответствии с примененной во второй главе стратегией «масштабирования» – и представить широкую панораму возможностей технологий, а также примеры практического их применения.

Помимо изменения цепочек ценности и организационных структур, каждый из описанных в этих главах 12 наборов технологий порождает новые категории, инновационные процессы и потрясающие товары и услуги. К примеру, цифровые технологии занимают все больше места в материальном мире за счет использования облачных технологий, создающих сети роботов, генетических секвенаторов, носимых устройств, дронов и устройств виртуальной и дополненной реальности. Платформы искусственного интеллекта позволяют повысить мощь приложений, используемых в самых разных отраслях промышленности, и усовершенствовать возможности принятия решений в компаниях. Вдобавок передовые материалы продолжают «обновлять» наш физический мир, позволяя создавать невиданные ранее продукты.

Влияние этих инновационных технических средств, научных применений и инфраструктурных изменений распространяется на всех участников. Они влияют на возможности промышленности, социальные отношения и политические стратегии. В частном бизнесе и государственных структурах присутствует ясное понимание того, что контроль этих факторов критически важен для существования человечества на протяжении ближайших десятков лет. Видение общей картины – ключ к правильному управлению этими возможностями, и каждая глава второй части призвана помочь читателю лучше понять их и научиться «отвлекать от частностей». С другой стороны, каждая глава помогает увидеть детали, предоставляя примеры того, где и как используются эти технологии, а также раскрывая их уникальные возможности. Главы содержат также замечания экспертов, которые вынесены в специальные дополнения.

Выбор 12 категорий взаимосвязанных технологий не претендует на полноту, потому что есть масса отдельных, не относимых ни к каким категориям технологий – сложно охватить одним взглядом все это разнообразие. Многие технологии еще ожидают своего первооткрывателя. Для части 2 отобраны технологии, наиболее заметные на нынешнем раннем этапе. Уже сейчас ясно, что они связаны с биологией, интеллектом и опытом человека, а также с окружающей нас средой, а их влияние будет обширным и тяжело поддающимся прогнозированию. Они повлияют на нашу личную жизнь и работу, а также на то, как мы воспитываем и готовим к жизни наших детей. Технологии окажут влияние на более широкие аспекты нашей жизни, в числе которых права человека и взаимодействие человека с обществом, а также отношения между народами. Изменится понимание того, что возможно, допустимо и необходимо в нашей жизни. По этим и другим причинам исключительно важно в процессе развития технологий не забывать о человеке.

Цифровая революция, которую мы еще называем Третьей промышленной революцией, принесла с собой универсальные вычисления, разработку ПО, персональные компьютеры и связанный мир вычислений за счет появления повсеместной цифровой инфраструктуры и Интернета. Но большинство привычных нам сегодня вычислительных технологий развивались в рамках одной классической парадигмы процесса вычислений, созданной еще в 1940-х годах. Сейчас исследователи и предприниматели работают над другими возможностями вычислений, которые смогут обогатить наши способности и расширить ожидания в отношении хранения, обработки и передачи информации. В главах этого раздела обсуждаются новые технологии вычислений, блокчейн и системы распределенного реестра и растущий Интернет вещей, а также представляются примеры того, как инновационные цифровые, квантовые и встроенные вычисления могли бы изменить будущее.

Глава 5. Новые вычислительные технологии

Глава 6. Блокчейн и технологии распределенного реестра

Глава 7. Интернет вещей

Специальная вставка. Этические нормы работы с данными

Специальная вставка. Киберриски

Развивающиеся в рамках Четвертой промышленной революции технологии задействуют увеличенную пропускную способность, расширенную доступность облачных сервисов и повышение скорости и мощи графических вычислений, чтобы выйти за рамки экранов компьютеров и проникнуть в промышленное производство, городскую транспортную инфраструктуру и интерактивные устройства. Точно так же, как электрические сети и механизированные инструменты создали во время Второй промышленной революции предпосылки для разработки цифровых технологий, цифровая инфраструктура создает базу для преобразования технологий, создающих материальную основу нашей среды обитания, а также материальные ценности, с которыми мы взаимодействуем в промышленной и социальной средах. В трех главах этого раздела обсуждаются искусственный интеллект и робототехника, передовые материалы, дроны, аддитивное производство и многомерная печать. Мы стоим на пороге будущего, в котором цифровые агенты и действующие лица уничтожают границу между программным обеспечением и артефактом, принуждают к созданию новых функциональных возможностей и даже способны независимо перемещаться среди нас.

Глава 8. Искусственный интеллект и роботы

Глава 9. Передовые материалы

Глава 10. Аддитивное производство и многомерная печать

Специальная вставка. Преимущества и недостатки дронов

Границы между технологиями и человеческими существами размываются, и не только благодаря возможности создавать роботов, похожих на живые существа или синтетические организмы, – речь идет о способности новых технологий буквально стать частью нас. Технологии уже оказывают влияние на то, как мы воспринимаем себя, что думаем друг о друге и как определяем свою реальность. Описываемые в этом подразделе технологии облегчают доступ к органам нашего тела, позволили интегрировать цифровые технологии в организм человека. Похоже, метафора «киборга» перестала вызывать шок, но в будущем могут появиться удивительные сочетания цифровых и аналоговых форм жизни, которые изменят саму нашу природу. Главы этого раздела посвящены биотехнологиям, нейротехнологиям, исследованиям мозга, устройствам виртуальной и дополненной реальности. Наверное, именно эти технологии больше, чем какие-либо другие технологии Четвертой промышленной революции, поставят перед нами сложные этические проблемы. Они внедрятся в нашу биологию и изменят наши механизмы взаимодействия с миром. Они способны переходить границу между телом и сознанием, улучшать наши физические возможности и даже оказывать долговременное влияние на саму жизнь. Это не просто инструменты, и они требуют особого внимания из-за их способности расширить возможности или вмешаться в человека, его поведение и права.

Глава 11. Биотехнологии

Глава 12. Нейротехнологии

Глава 13. Виртуальная и дополненная реальность

Специальная вставка. Перспективы искусства, культуры и Четвертой промышленной революции

Успех Четвертой промышленной революции будет зависеть от технологий, обеспечивающих развитие инфраструктуры, поддерживающих работу глобальных систем и открывающих новые пути в будущее. Технологии, обсуждаемые в этих главах, расширяют возможности решения именно этих задач. Средства получения, хранения и передачи энергии, особенно использующие экологичные материалы и процессы, уменьшат зависимость от ископаемого топлива и дадут людям недорогую распределенную энергию. Геоинжиниринг, все еще очень рискованная технология, заставляет задумываться об управлении климатом и о том, что надо предпринять для решения глобальной проблемы повышения температуры атмосферы. Космические технологии окружают нас, позволяют наблюдать за планетой и ее экосистемами, а также являются средоточием передовой науки, исследований и технических инноваций. Все это связывает нас с планетой и Вселенной и требует осознания, что все мы вместе отвечаем за окружающую среду – Землю, воздух и космос. Такие огромные способности этих технологий оказывать влияние на нашу жизнь требуют совместных усилий и принятия важных решений в отношении нашего общего будущего.

Глава 14. Получение, накопление и передача энергии

Глава 15. Геоинженерия

Глава 16. Космические технологии

Раздел 1. Расширение цифровых технологий

Цифровые компьютерные вычисления стали технологией общего назначения, которая служила движущей силой Третьей промышленной революции благодаря экспоненциальному снижению размера и стоимости транзисторов с момента их изобретения в 1947 году. Новые компьютерные технологии сохранят свою важность, поскольку повсеместно распространенные, надежные, эффективные и дешевые цифровые средства – это основа технологий и систем Четвертой промышленной революции, а также ввиду перспектив появления принципиально новых подходов, создающих новые возможности и новые проблемы.

Развитие вычислений базируется на инновациях в области материалов, сборки и конструирования, которые используются для обработки, хранения и взаимодействия с информацией. Вычисления распадаются на несколько областей, таких как централизованные облачные вычисления, квантовые вычисления, обработка данных в нейронных сетях, хранение биологических данных, оптические вычисления и вычисления в сетях. Эти средства требуют разрабатывать новое ПО и новые формы криптографии. Они позволяют ставить и решать задачи в области кибербезопасности, предоставляя поддержку обработке естественного языка и обещая в перспективе огромное повышение эффективности в таких областях, как применение в медицине и моделировании физических и химических процессов. Новые вычислительные технологии, возможно, помогут решить часть самых сложных проблем, которые стоят перед нами. Но без бдительного управления, гарантирующего равный доступ к достижениям и контроль за безопасностью новых технологий, последние могут создавать значительные риски.

Закон Мура носит имя сооснователя компании Intel Гордона Мура (Gordon Moore) и основан на том наблюдении, что с середины 1960-х годов плотность транзисторов на интегральной схеме удваивается с периодом 1,5–2 года. Это означает, что размер компьютеров уменьшается, а быстродействие повышается с экспоненциальной скоростью, при этом стоимость ежегодно снижается примерно на 30 %. Если бы не закон Мура, мы были бы лишены потребительских мобильных вычислений, в которых используются очень маленькие процессоры и средства хранения данных. Также мы бы не знали мобильной телефонии. Как показывают результаты исследований центра Pew Research Center, именно благодаря влиянию мобильной телефонии 43 % людей в мире обладает смартфоном того или иного типа{69}69
  «2. Количество владельцев смартфонов растет во многих развивающихся странах, но цифровой разрыв остается» (Пуштер (Poushter) 2016).


[Закрыть]{70}70
  Сегодня обычный частный дом в развитой стране содержит больше компьютеров, чем существовало во всем мире в 1950 году. Как пишет Джеймс Кортада (James Cortada), Кеннет Флемм (Kenneth Flamm) провел исследование и обнаружил, что тогда в мире было ровно пять цифровых ЭВМ: две в США и три в Великобритании. Согласно самым скромным подсчетам компании NPD Group, которая занимается рыночными исследованиями, в 2013 году в американском доме было в среднем 5,7 различных цифровых вычислительных устройств, включая мобильные. Скорее всего, к сегодняшнему дню эта цифра уже выросла более чем вдвое, если учитывать широкое распространение смартфонов и встраивание процессоров в различные домашние устройства, от телевизоров до стиральных машин. См.: Кортада (Cortada) (1993), Кокшотт (Cockshott), Маккензи (Mackenzie) и Майклсон (Michaelson) (2010).


[Закрыть]. Кроме того, исследователям, предпринимателям в области технологий и корпорациям была бы недоступна невиданная скорость современных быстрых компьютеров.

Замечательная тенденция снижения цены и роста производительности должна продолжиться, даже когда закон Мура перестанет действовать. Более чем у четырех миллиардов людей нет доступа к Интернету, но использование технологий обработки цифровой информации, – мощная движущая сила экономического развития{71}71
  Всемирный экономический форум, Европейский институт управления бизнесом (INSEAD) 2015.


[Закрыть]. На протяжении нескольких лет производители микросхем и материаловеды обеспокоены тем, что мы практически достигли физического предела, за которым невозможно дальнейшее уменьшение размеров транзисторов. Повышение скорости и снижение энергопотребления транзисторов (описываемые законом Деннарда) завершились практически десятилетие тому назад. Современные транзисторы меньше вирусов – сейчас самый малый промышленный стандарт составляет 14 нанометров. Производство кристаллов с более мелким шагом (10 нм) начнется[8]8
  Так в оригинале, хотя книга датирована 2018 г., когда производство по технологии 10 нм уже началось. – Прим. ред.


[Закрыть] в 2017 году, а в течение следующих пяти лет компания Intel планирует производить кристаллы с шагом 7 нм. Для сравнения: толщина человеческого волоса составляет 50 тыс. нм.

Пять нанометров, скорее всего, является физическим пределом размера транзистора на кристалле кремния из-за того, что при таком масштабе начинают проявляться эффекты квантового туннелирования электронов, то есть прямого перехода электронов сквозь тонкие материалы, а также другие формы утечки тока, которые могут повреждать кристалл или сильно снижать его эффективность[9]9
  По состоянию на март 2018 г. исследовательским центром ИМЕК и компанией Cadence Design Systems создана технология и выпущены первые пробные образцы микропроцессоров по технологии 3 нм. – Прим. ред.


[Закрыть]. Как говорится в Международном плане по развитию полупроводниковой технологии (International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS): «Полупроводниковая промышленность приближается к пределу горизонтального развития»{72}72
  Международный план по развитию полупроводников (ITRS2.0) 2015.


[Закрыть]. Одно из решений – вертикальная упаковка транзисторов, но в этом подходе есть свои проблемы, например отвод снижающего производительность тепла, которое образуется в многоуровневом кристалле. Возможно, использование новых материалов позволит устранить это ограничение на размер и сделать транзисторы еще меньше.

Исследователи из университета в Беркли создали на основе углеродных трубок и дисульфида молибдена работающий транзистор с затвором размером всего в один нанометр{73}73
  Янг (Yang) 2016.


[Закрыть]. Рано или поздно удвоение числа транзисторов на единицу площади станет физически невозможным. Но даже задолго до достижения этого предела изготовление уменьшенных транзисторов в промышленности станет невозможным. Закон Рока, дополнение к закону Мура, говорит, что стоимость заводов, выпускающих кристаллы с новыми, уменьшенными транзисторами, удваивается каждые четыре года, потому что требуется оборудование, отличающееся более высокой точностью и более низким уровнем ошибок. Как заметили Питер Деннинг (Peter Denning) и Тед Льюис (Ted Lewis), из закона Рока следует, что размер рынка для каждого нового поколения кристаллов должен быть как минимум в два раза больше существующего рынка – только так можно экономически оправдать расходы на новые производственные мощности{74}74
  Дэннинг (Denning), Льюис (Lewis) 2016.


[Закрыть]. Из-за необходимости бо́льших инвестиций и резкого усложнения производства кристаллов период удвоения плотности увеличился с 2 до 2,5 лет{75}75
  Лапедус (Lapedus) 2016.


[Закрыть].

Чтобы продолжить экспоненциальный рост вычислительных мощностей, потребуется другой подход к совершенствованию систем, отличный от простого уменьшения размера транзисторов. В 2016 году в Институте инженеров электротехники и электроники признали необходимость нового подхода: многие годы IEEE направлял инвестиции в разработку кристаллов, публикуя отчеты о сокращении размера транзисторов, но в будущем в IEEE переориентируются на разработку «Международного плана по развитию устройств и систем» (International Roadmap for Devices and Systems), который призван «сформулировать новый «закон Мура» для производительности компьютеров и ускорить появление на рынке новых, инновационных технологий вычислений»{76}76
  Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) 2016.


[Закрыть]. Новые пути повышения производительности и эффективности предполагается искать в создании новейших материалов, новых архитектур и системного подхода к вычислениям. Это означает, что повсеместные и недорогие вычисления станут доступными все большему числу людей и организаций.

Один из возможных способов сохранения такого же ускорения роста производительности – переход к более специализированным процессорам, как это делалось на заре вычислительной техники, когда кристаллы создавались специально для выполнения определенных задач. С 1970-х годов в цифровых вычислениях доминировали стандартизованные, массово производимые микропроцессоры общего назначения, которые можно было программировать для выполнения любых задач{77}77
  Особенно стоит отметить Intel 4004 (начало производства – 1970 год) и Intel 8008 (1975).


[Закрыть]. Но для выполнения задач обработки больших объемов данных, когда одна и та же операция выполняется множество раз, эффективность стандартного центрального процессора сравнительно невысока. Сегодня второе место по распространенности после центрального процессора занимает графический процессор – специализированное устройство, обеспечивающее отображение информации на экране и выполняющее ресурсоемкую задачу создания и обновления трехмерных изображений.

Повышение важности и расширение применения машинного обучения создали спрос на новые виды нестандартных вычислительных архитектур. Компания Google, один из крупнейших покупателей процессоров, разработала большое количество тензорных процессоров – специализированных интегральных схем, предназначенных для алгоритмов глубинного обучения. В компании заявляют, что тензорные процессоры применялись в программе AlphaGo, которая в 2016 году в серии из пяти игр обыграла Ли Седола (Lee Sedol), чемпиона мира по игре в го. Новые структуры памяти и обработки вызывают к жизни новый класс микропроцессоров, которые называют «ускорителями искусственного интеллекта». Архитектура этих устройств оптимизирована для операций, которые выполняются в искусственных нейронных сетях многих систем машинного обучения. Такие процессоры обеспечивают скорость, экономичность и энергоэффективность, которые нужны для широкомасштабного применения алгоритмов искусственного интеллекта{78}78
  Для алгоритмов глубокого обучения можно применять резистивную память с произвольным доступом (ReRAM). В таком случае не нужно записывать и считывать из [a][b] памяти большую нейронную сеть. Кроме того, ReRAM обещает развитие и в других областях.


[Закрыть].

Увеличение предложения и повышение производительности – всего лишь часть возможного решения стоящих перед нами проблем. Нам нужно не только больше вычислительной мощности и скорости или больше транзисторов – нам надо уметь справляться с новыми потребностями, возникающими в связи с распространением устройств и данных. Мы должны уметь использовать вычислительные возможности в ситуациях и контекстах, которые имеют смысл в реальной жизни. Например, в масштабах планеты облачные вычисления выполняются за считаные секунды, но, чтобы искусственный интеллект мог работать с людьми и выполнять основные функции, такие как обеспечение общественной безопасности или управление дорожной сетью, требуется уметь обрабатывать экзабайты данных за милли– или даже микросекунды. Главные составляющие проблем, которые мы пытаемся решить, связаны не с объемом, а со скоростью, временем ожидания и энергией.

Но в самом крайнем случае успехи физики и материаловедения позволят создавать не просто более эффективные специализированные процессоры, устанавливаемые на цифровые компьютеры, а новые виды вычислений, и наиболее многообещающий и новаторский из них – квантовые вычисления.