أنظمة الحاسوب من الجيل الخامس
كانت أنظمة حاسوب الجيل الخامس ( FGCS ؛ باليابانية :第五世代コンピュータ، بالحروف اللاتينية : daigosidai konpyūta ) مبادرةً مدتها عشر سنوات أطلقتها وزارة التجارة الدولية والصناعة اليابانية (MITI) عام ١٩٨٢ لتطوير حواسيب تعتمد على الحوسبة المتوازية الضخمة والبرمجة المنطقية . هدف المشروع إلى ابتكار "حاسوب ثوري" ذي أداء يُضاهي أداء الحواسيب العملاقة، وإلى إنشاء منصة للتطورات المستقبلية في مجال الذكاء الاصطناعي . على الرغم من أن أنظمة حاسوب الجيل الخامس وُصفت بأنها سابقة لعصرها، وأن أهدافها الطموحة أسهمت بشكل كبير في تطوير البرمجة المنطقية المتزامنة ، إلا أنها انتهت في نهاية المطاف إلى فشل تجاري.
تم اختيار مصطلح "الجيل الخامس" للتأكيد على الطبيعة المتقدمة للنظام. في تاريخ أجهزة الحوسبة ، كانت هناك أربعة "أجيال" سابقة من الحواسيب: استخدم الجيل الأول الصمامات المفرغة ، والثاني الترانزستورات والديودات ، والثالث الدوائر المتكاملة ، والرابع المعالجات الدقيقة . وبينما ركزت الأجيال السابقة على زيادة عدد العناصر المنطقية داخل وحدة المعالجة المركزية الواحدة، كان يُعتقد على نطاق واسع في ذلك الوقت أن الجيل الخامس سيحقق أداءً محسّنًا من خلال استخدام أعداد هائلة من وحدات المعالجة المركزية.
خلفية
في أواخر الستينيات وحتى أوائل السبعينيات، كان هناك حديث كثير عن "أجيال" أجهزة الكمبيوتر، والتي كانت تُصنف عادةً إلى ثلاثة أجيال.
- الجيل الأول: أنابيب التفريغ الحراري. منتصف أربعينيات القرن العشرين. كانت شركة IBM رائدة في ترتيب أنابيب التفريغ في وحدات قابلة للتوصيل. وكان جهاز IBM 650 من الجيل الأول من الحواسيب.
- الجيل الثاني: الترانزستورات. ١٩٥٦. بداية عصر التصغير. الترانزستورات أصغر بكثير من الصمامات المفرغة، وتستهلك طاقة أقل، وتولد حرارة أقل. تُلحم الترانزستورات المنفصلة على لوحات الدوائر، وتُنجز التوصيلات البينية بواسطة أنماط موصلة محفورة على الجانب الخلفي. كان جهاز IBM 7090 حاسوبًا من الجيل الثاني.
- الجيل الثالث: الدوائر المتكاملة (رقائق السيليكون التي تحتوي على ترانزستورات متعددة). ١٩٦٤. من الأمثلة الرائدة وحدة ACPX المستخدمة في جهاز IBM 360/91، والتي، من خلال تكديس طبقات من السيليكون فوق ركيزة خزفية، استوعبت أكثر من ٢٠ ترانزستورًا لكل رقاقة؛ ويمكن تجميع الرقائق معًا على لوحة دوائر لتحقيق كثافات منطقية غير مسبوقة. كان جهاز IBM 360/91 حاسوبًا هجينًا يجمع بين خصائص الجيلين الثاني والثالث.
تم استبعاد أجهزة الكمبيوتر "من الجيل الصفري" التي تعتمد على التروس المعدنية (مثل IBM 407 ) أو المرحلات الميكانيكية (مثل Mark I)، وأجهزة الكمبيوتر التي تلي الجيل الثالث والتي تعتمد على الدوائر المتكاملة واسعة النطاق جدًا ( VLSI ).
كان هناك أيضاً مجموعة موازية من الأجيال للبرمجيات:
- الجيل الأول : لغة الآلة .
- الجيل الثاني : لغات البرمجة منخفضة المستوى مثل لغة التجميع .
- الجيل الثالث : لغات برمجة عالية المستوى ذات بنية محددة مثل C و COBOL و FORTRAN .
- الجيل الرابع : لغات برمجة عالية المستوى "غير إجرائية" (مثل لغات البرمجة كائنية التوجه). [ 1 ]
على مدار هذه الأجيال المتعددة حتى سبعينيات القرن العشرين، اتبعت اليابان نهج الولايات المتحدة وبريطانيا في بناء الحواسيب. وفي منتصف السبعينيات، توقفت وزارة التجارة الدولية والصناعة عن اتباع النهج الغربي وبدأت بدراسة مستقبل الحوسبة على نطاق ضيق. وطلبت من مركز تطوير معالجة المعلومات الياباني (JIPDEC) تحديد عدد من التوجهات المستقبلية، وفي عام ١٩٧٩، عرضت عقدًا لمدة ثلاث سنوات لإجراء دراسات معمقة بالتعاون مع قطاع الصناعة والأوساط الأكاديمية. وخلال هذه الفترة، بدأ استخدام مصطلح "حاسوب الجيل الخامس".
قبل سبعينيات القرن الماضي، حققت توجيهات وزارة التجارة الدولية والصناعة اليابانية (MITI) نجاحاتٍ بارزة، منها تطوير صناعة الصلب، وإنشاء ناقلات النفط العملاقة ، وصناعة السيارات ، والإلكترونيات الاستهلاكية، وذاكرة الحاسوب. وقد رأت الوزارة أن مستقبل تكنولوجيا المعلومات يكمن في هذا المجال . إلا أن اللغة اليابانية ، ولا سيما كتابتها، شكلت ولا تزال تشكل عائقًا أمام استخدام الحواسيب. [ 2 ] ونتيجةً لهذه التحديات، عقدت الوزارة مؤتمرًا لطلب المساعدة من الخبراء.
كانت المجالات الرئيسية للبحث في هذا المشروع الأولي هي:
- تقنيات الحوسبة الاستدلالية لمعالجة المعرفة
- تقنيات الحاسوب لمعالجة قواعد البيانات وقواعد المعرفة واسعة النطاق
- محطات عمل عالية الأداء
- تقنيات الحوسبة الوظيفية الموزعة
- الحواسيب العملاقة للحسابات العلمية
إطلاق المشروع
كان الهدف بناء حواسيب متوازية لتطبيقات الذكاء الاصطناعي باستخدام البرمجة المنطقية المتزامنة. تخيّل المشروع حاسوبًا "ثوريًا" بأداء يُضاهي أداء الحواسيب العملاقة، يعمل على قواعد بيانات ضخمة (بدلًا من نظام ملفات تقليدي )، مستخدمًا لغة برمجة منطقية لتعريف البيانات والوصول إليها عبر الحوسبة/المعالجة المتوازية على نطاق واسع . تصوّروا بناء نموذج أولي بأداء يتراوح بين 100 مليون و1 جيجا LIPS، حيث LIPS هي وحدة استدلال منطقي في الثانية. في ذلك الوقت، كانت محطات العمل النموذجية قادرة على حوالي 100 ألف LIPS. اقترحوا بناء هذا الجهاز على مدى عشر سنوات، ثلاث سنوات للبحث والتطوير الأولي، وأربع سنوات لبناء الأنظمة الفرعية المختلفة، وثلاث سنوات أخيرة لإكمال نظام نموذج أولي عامل. في عام 1982، قررت الحكومة المضي قدمًا في المشروع، وأنشأت معهد تكنولوجيا الحواسيب من الجيل الجديد (ICOT) من خلال استثمار مشترك مع شركات حاسوب يابانية مختلفة. بعد انتهاء المشروع، ستنظر وزارة التجارة الدولية والصناعة (MITI) في الاستثمار في مشروع جديد من "الجيل السادس".
وقد لخص إيهود شابيرو الأساس المنطقي والدوافع التي تحرك هذا المشروع: [ 3 ]
في إطار سعي اليابان للريادة في صناعة الحواسيب، أطلق معهد تكنولوجيا الحواسيب من الجيل الجديد خطةً ثوريةً مدتها عشر سنوات لتطوير أنظمة حاسوبية ضخمة تُستخدم في أنظمة معالجة المعلومات والمعرفة. وستُبنى هذه الحواسيب من الجيل الخامس على مفاهيم البرمجة المنطقية. ودحضًا للاتهام الموجه لليابان باستغلال المعرفة الأجنبية دون تقديم أي إسهام محلي، سيحفز هذا المشروع البحث العلمي الأصيل، وسيُتيح نتائجه للمجتمع البحثي الدولي.
البرمجة المنطقية
كان الهدف الذي حدده مشروع FGCS هو تطوير "أنظمة معالجة المعلومات والمعرفة" (بمعنى الذكاء الاصطناعي التطبيقي ). وكانت الأداة المختارة لتحقيق هذا الهدف هي البرمجة المنطقية . وقد وصف مارتن فان إمدن، أحد مؤسسي هذا النهج، منهجية البرمجة المنطقية على النحو التالي: [ 4 ]
- استخدام المنطق للتعبير عن المعلومات في الحاسوب.
- استخدام المنطق لعرض المشكلات على جهاز الكمبيوتر.
- استخدام الاستدلال المنطقي لحل هذه المشكلات.
وبشكل أكثر دقة، يمكن تلخيص ذلك في معادلتين:
- البرنامج = مجموعة من البديهيات .
- الحساب = إثبات عبارة من البديهيات .
تُستخدم عادةً بديهيات شاملة ذات شكل مُقيّد، تُسمى بنود هورن أو البنود المحددة . العبارة المُثبتة في عملية حسابية هي عبارة وجودية. البرهان بنائي، ويُقدّم قيمًا للمتغيرات المُكمّمة وجوديًا: تُشكّل هذه القيم ناتج العملية الحسابية.
كان يُنظر إلى البرمجة المنطقية على أنها أداة توحد مختلف فروع علوم الحاسوب ( هندسة البرمجيات ، وقواعد البيانات ، وهندسة الحاسوب ، والذكاء الاصطناعي ). وبدا أن البرمجة المنطقية تمثل حلقة وصل أساسية مفقودة بين هندسة المعرفة وهندسة الحواسيب المتوازية.
نتائج
بعد أن أثر اليابانيون في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية خلال سبعينيات القرن الماضي، وفي عالم السيارات خلال ثمانينياته، اكتسبوا سمعةً راسخة. وقد ساهم إطلاق مشروع FGCS في نشر الاعتقاد بأن الحوسبة المتوازية هي مستقبل تحسين الأداء، مما أثار موجة من التخوف في مجال الحوسبة. وسرعان ما أُنشئت مشاريع مماثلة في الولايات المتحدة تحت مسمى مبادرة الحوسبة الاستراتيجية (SCP) وشركة تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة والحاسوب (MCC)، وفي المملكة المتحدة تحت مسمى Alvey ، وفي أوروبا تحت مسمى البرنامج الاستراتيجي الأوروبي لأبحاث تكنولوجيا المعلومات (ESPRIT)، بالإضافة إلى المركز الأوروبي لأبحاث صناعة الحاسوب (ECRC) في ميونيخ ، وهو مشروع تعاوني بين شركة ICL في بريطانيا، وشركة Bull في فرنسا، وشركة Siemens في ألمانيا.
استمر المشروع من عام 1982 إلى عام 1994، حيث بلغت تكلفة إنشائه ما يقارب 57 مليار ين ياباني (حوالي 320 مليون دولار أمريكي). [ 5 ] بعد مشروع FGCS، توقفت وزارة التجارة الدولية والصناعة (MITI) عن تمويل مشاريع أبحاث الحاسوب واسعة النطاق، وتلاشى الزخم البحثي الذي حققه مشروع FGCS. مع ذلك، شرعت وزارة التجارة الدولية والصناعة/مركز أبحاث الاتصالات (MITI/ICOT) في مشروع للشبكات العصبية ، والذي أطلق عليه البعض مشروع الجيل السادس، في التسعينيات، بمستوى تمويل مماثل. [ 6 ] كان الإنفاق السنوي أقل من 1% من إجمالي نفقات البحث والتطوير في صناعة الإلكترونيات ومعدات الاتصالات. على سبيل المثال، بلغ أعلى إنفاق للمشروع 7.2 مليون ين ياباني في عام 1991، لكن شركة IBM وحدها أنفقت 1.5 مليار دولار أمريكي (370 مليار ين ياباني) في عام 1982، بينما أنفقت الصناعة 2150 مليار ين ياباني في عام 1990. [ 5 ]
البرمجة المنطقية المتزامنة
في عام ١٩٨٢، وخلال زيارة إلى مركز الحوسبة الدولية للتقنية (ICOT)، ابتكر إيهود شابيرو لغة البرمجة "كونكرنت برولوج" ، وهي لغة برمجة جديدة تجمع بين البرمجة المنطقية والبرمجة المتزامنة. تُعدّ "كونكرنت برولوج" لغةً موجهةً نحو العمليات ، وتعتمد في آليات التحكم الأساسية فيها على تزامن تدفق البيانات وعدم حتمية الأوامر المحمية . وصف شابيرو هذه اللغة في تقريرٍ يحمل الرقم ٠٠٣ من تقارير ICOT الفنية، [ ٧ ] والذي قدّم مترجمًا للغة "كونكرنت برولوج" مكتوبًا بلغة "برولوج". ألهم عمل شابيرو على "كونكرنت برولوج" تغييرًا في توجه مشروع FGCS من التركيز على التنفيذ المتوازي للغة "برولوج" إلى التركيز على البرمجة المنطقية المتزامنة كأساسٍ برمجي للمشروع. [ ٣ ] كما ألهم أيضًا لغة البرمجة المنطقية المتزامنة "بنود هورن المحمية" (GHC) لكازونوري أويدا، والتي شكّلت أساس لغة البرمجة "KL1" ، التي صممها ونفذها مشروع FGCS في نهاية المطاف كلغة البرمجة الأساسية له.
ساهم مشروع FGCS ونتائجه بشكل كبير في تطوير مجال البرمجة المنطقية المتزامنة. وقد أفرز المشروع جيلاً جديداً من الباحثين اليابانيين الواعدين.
فشل الإعلانات التجارية
تم في النهاية إنتاج خمس آلات استدلال متوازية عاملة (PIM): PIM/m، PIM/p، PIM/i، PIM/k، PIM/c. كما أنتج المشروع تطبيقات لتشغيلها على هذه الأنظمة، مثل نظام إدارة قواعد البيانات المتوازية Kappa، ونظام الاستدلال القانوني HELIC-II ، وبرنامج إثبات النظريات الآلي MGTP ، بالإضافة إلى تطبيقات المعلوماتية الحيوية.
لم يحقق مشروع FGCS نجاحًا تجاريًا لأسباب مشابهة لتلك التي واجهتها شركات آلات Lisp و Thinking Machines . فقد تفوقت في النهاية على بنية الحاسوب المتوازية للغاية أجهزة أقل تخصصًا (على سبيل المثال، محطات عمل Sun Microsystems وأجهزة Intel x86 ) من حيث السرعة.
تمثلت إحدى المشكلات الرئيسية في اختيار البرمجة المنطقية المتزامنة كحلقة وصل بين بنية الحاسوب المتوازي واستخدام المنطق كلغة لتمثيل المعرفة وحل المشكلات في تطبيقات الذكاء الاصطناعي. لم يتم ذلك بسلاسة قط؛ فقد طُوِّرت عدة لغات، لكل منها قيودها الخاصة. وعلى وجه الخصوص، تداخلت ميزة الاختيار الملتزم في البرمجة المنطقية المتزامنة المقيدة مع الدلالات المنطقية للغات. [ 8 ] وخلص المشروع إلى أن فوائد البرمجة المنطقية قد أُلغيت إلى حد كبير باستخدام الاختيار الملتزم.
تمثلت مشكلة أخرى في أن أداء وحدات المعالجة المركزية الحالية تجاوز بسرعة الحواجز التي توقعها الخبراء في ثمانينيات القرن الماضي، وانخفضت قيمة الحوسبة المتوازية إلى درجة اقتصر استخدامها لفترة من الزمن على حالات محدودة. وعلى الرغم من تصميم وبناء عدد من محطات العمل ذات القدرات المتزايدة على مدار عمر المشروع، إلا أنها سرعان ما تفوقت عليها الوحدات الجاهزة المتوفرة تجاريًا.
كما فشل المشروع في دمج الابتكارات الخارجية. فخلال فترة تنفيذه، أصبحت واجهات المستخدم الرسومية شائعة في أجهزة الكمبيوتر؛ ومكّن الإنترنت من توزيع قواعد البيانات المخزنة محليًا؛ وحتى المشاريع البحثية البسيطة قدمت نتائج أفضل في العالم الحقيقي في مجال استخراج البيانات.
لم تحظَ محطات عمل FGCS بأي جاذبية في سوقٍ استطاعت فيه الأنظمة العامة استبدالها والتفوق عليها. وهذا يوازي سوق أجهزة Lisp، حيث يمكن تشغيل الأنظمة القائمة على القواعد، مثل CLIPS، على أجهزة الكمبيوتر العامة، مما يجعل أجهزة Lisp باهظة الثمن غير ضرورية. [ 9 ]
سابق لعصره
باختصار، كان مشروع الجيل الخامس ثوريًا، وأنجز بعض الأبحاث الأساسية التي استشرفت اتجاهات البحث المستقبلية. وقد نُشرت العديد من الأوراق البحثية وبراءات الاختراع. شكلت وزارة التجارة الدولية والصناعة لجنةً لتقييم أداء مشروع الجيل الخامس للحوسبة، وخلصت إلى أنه قدم إسهاماتٍ كبيرة في مجال الحوسبة، ولا سيما في إزالة الاختناقات في برمجيات المعالجة المتوازية وتحقيق المعالجة التفاعلية الذكية القائمة على قواعد معرفية ضخمة. مع ذلك، كانت اللجنة متحيزةً بشدة لتبرير المشروع، لذا فإن هذا التقييم يبالغ في تقدير النتائج الفعلية. [ 5 ]
تُعاد اليوم تفسير العديد من الأفكار التي ظهرت في مشروع الجيل الخامس في التقنيات الحالية، إذ تم بلوغ حدود إمكانيات الأجهزة التي تم التنبؤ بها في ثمانينيات القرن الماضي في العقد الأول من الألفية الثانية. وعندما بدأت سرعات معالجات وحدة المعالجة المركزية (CPU) بالارتفاع إلى نطاق 3-5 جيجاهرتز، ازدادت أهمية تبديد الطاقة في وحدة المعالجة المركزية وغيرها من المشكلات. وبدأت قدرة الصناعة على إنتاج أنظمة أحادية المعالج أسرع باستمرار (المرتبطة بقانون مور حول التضاعف الدوري لعدد الترانزستورات) تتعرض للخطر.
في مطلع القرن الحادي والعشرين، بدأت أنواع عديدة من الحوسبة المتوازية بالانتشار، بما في ذلك المعالجات متعددة النوى في الفئة الاقتصادية، والمعالجة المتوازية الضخمة في الفئة المتقدمة. وبدأت أجهزة الكمبيوتر الاستهلاكية العادية ووحدات ألعاب الفيديو بامتلاك معالجات متوازية مثل Intel Core و AMD K10 و Cell . كما بدأت شركات تصنيع بطاقات الرسومات مثل Nvidia وAMD بتقديم أنظمة متوازية ضخمة مثل CUDA و OpenCL .
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ "أجيال البرمجيات لروجر كلارك" .
- ↑ ج. مارشال أونغر، مغالطة الجيل الخامس (نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد، 1987)
- 1 2 شابيرو، إيهود ي. (1983). "مشروع الجيل الخامس - تقرير رحلة" . اتصالات رابطة آلات الحوسبة . 26 (9): 637-641 . doi : 10.1145/358172.358179 . S2CID 5955109 .
- ↑ فان إمدن، مارتن هـ.، وروبرت أ. كوالسكي. "دلالات منطق المسند كلغة برمجة." مجلة ACM 23.4 (1976): 733-742.
- 1 2 3 أوداجيري، هيرويوكي؛ ناكامورا، يوشياكي؛ شيبويا، مينورول (1997). "اتحادات البحث كوسيلة للبحوث الأساسية: حالة مشروع كمبيوتر من الجيل الخامس في اليابان" . سياسة البحث . 26 (2): 191–207 . دوى : 10.1016/S0048-7333(97)00008-5 .
- ↑ ميزوغوتشي، فوميو (14 ديسمبر 2013). برولوج وتطبيقاتها: منظور ياباني . سبرينغر. ص. 9. ISBN 978-1-4899-7144-9.
- ↑ شابيرو إي. مجموعة فرعية من برولوج المتزامن ومفسرها، تقرير ICOT الفني TR-003، معهد تكنولوجيا الحاسوب من الجيل الجديد، طوكيو، 1983. أيضًا في برولوج المتزامن: أوراق مجمعة، إي. شابيرو (محرر)، مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، 1987، الفصل 2.
- ↑ كارل هيويت. متانة عدم الاتساق في البرمجة المنطقية ArXiv 2009.
- ↑ هيندلر، جيمس (1 مارس 2008). "تجنب شتاء آخر للذكاء الاصطناعي" (ملف PDF) . أنظمة IEEE الذكية . 23 (2): 2-4 . doi : 10.1109/MIS.2008.20 . S2CID 35914860. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 12 فبراير 2012.
- موتو-أوكا، تورو، محرر. (1982). أنظمة حاسوب الجيل الخامس ( الطبعة الأولى). نورث هولاند. doi : 10.1016/c2009-0-14415-x . ISBN 978-0-444-86440-6.
- فيجنباوم، إدوارد أ.؛ ماكوردوك، باميلا (1987). الجيل الخامس: الذكاء الاصطناعي وتحدي اليابان للحاسوب للعالم (الطبعة الرابعة ). ريدينغ، ماساتشوستس: أديسون ويسلي. ISBN 978-0-201-11519-2.
- برامر، ماجستير (ماكس أ.) (1984). الجيل الخامس : ببليوغرافيا مشروحة . أرشيف الإنترنت. ووكينغهام، إنجلترا؛ ريدينغ، ماساتشوستس : أديسون-ويسلي. ISBN 978-0-201-14427-7.
- تقرير التقييم النهائي لمشروع حاسوب الجيل الخامس (30 مارس 1993)
روابط خارجية
- متحف FGCS: في مركز أبحاث الذكاء الاصطناعي (AIRC) ، في مختبر UEDA - يحتوي على أرشيف كبير لجميع مخرجات مشروع FGCS تقريبًا، بما في ذلك التقارير الفنية والمذكرات الفنية ومواصفات الأجهزة والبرامج.
- تفاصيل حول الجيل الخامس من أجهزة الكمبيوتر - كيف تطور نظام الكمبيوتر.
- فئات الحواسيب
- تاريخ الذكاء الاصطناعي
- مشاريع وزارة التجارة الدولية والصناعة
- الحوسبة المتوازية
- مشاريع بحثية
- الحوسبة الفائقة في اليابان
