Вершина нашего развития [Машины и мы 01]

[mikhai1-t.livejournal.com]

Оригинал взят у mirvn в Вершина нашего развития [Машины и мы 01]

Это первая статья в, как я надеюсь, целой серии заметок о несправедливо игнорируемом аспекте нашей современной цивилизации.

Развитие цивилизации это коллективный путь к расширению наших знаний, всё остальное вторично: энергия, промышленность, космос - всё это плоды нашего стремления к познанию. Нужно понять цепочку причинно следственных связей, больше доступной информации -> больше знаний -> больше эффективных устройств -> больше энергии мы можем получать. Стоит вспомнить, что первые паровые двигатели - самые сложные механизмы ХVIII века - работали как насосы в угольных шахтах.

Поэтому сначала новые знания и новые механизмы, а уж потом новая энергия в необходимом количестве. Так что давайте отбросим разные предрассудки и скажем прямо: пик развития нашей сегодняшней цивилизации это iPhone. Вот пусть он у нас и отвечает за новые источники энергии.

Сири, где ближайшая бензоколонка?

Как я уже писал раньше, предшественником первой индустриальной революции был печатный станок Гуттенберга. Это изобретение позволило поставить процесс накопления и распространения знаний на экспоненциальный путь развития. Третья же индустриальная революция, перед порогом которой мы все сейчас топчемся, обусловлена изобретением и развитием информационных технологий. Компьютер - это одновременно и источник накопления и распространения знаний и один из самых сложных механизмов, которые мы сейчас способны делать. По аналогии с историческими событиями, это наш печатный станок и наша паровая машина.

Если первая индустриализация была процессом автоматизации крупной механической работы в разных отраслях, то информационная революция позволила автоматизировать само накопление и производство новых знаний. Для тех, кто уже два абзаца презрительно ухмыляется насчёт любителей айфонов, и пойдёт наш рассказ. Влияние компьютера на наше существование гораздо более фундаментально, чем может показаться из каждодневного опыта.

На секунду отойдём от гадских айфонов и разберёмся с одной из самых брутальных мужских профессий, а именно геологической разведкой.



Геологи в поисках нефти. С романтикой гитар и палаток что-то пошло не так.

Добыча нефти, так же как и победа в военном сражении, невозможна без разведки. Ещё до начала бурения скважины вы должны хотя бы примерно представлять что вас ожидает под землёй, должна быть какая-то карта. Без карты добыча нефти превращается в попытку угадать вкус арбуза по узору кожуры. Основной метод разведки это сейсмическое исследование недр. Как это происходит?

Берут мощный источник вибрации, чтобы сгенерированные им волны имели достаточно энергии для проникания на необходимую глубину. Это либо специальный вибратор на шасси грузовика, либо углубление/скважина с заложенной туда взрывчатой. Упругие волны распространяются в глубину земных пород и частично преломляются и отражаются от разных слоёв обратно к поверхности, где их принимают сейсмоприёмники. Данные записывают специальным самописцем и вместе с данными об упругих свойствах горных пород это позволяет построить карту геологического среза глубиной до десяти километров. Теперь можно понять где находится нефтяная ловушка.

Используя метод вы видите двухмерное сечение поверхности, вместо объёмной картины. На виде “сверху” это выглядит как линия, а плоскость сечения видна при виде сбоку. Типа такого:

Результат 2D-сейсмической разведки. Нефтегазовые ловушки отмечены зелёным.

Понять реальность на основе этого снимка это как попытка опознать что нарисовано на правой картинке, открывая слева только отдельные линии:

Это возможно, если вы примерно знаете что ищите - к примеру, что это картинка некого человека или же вы определили хотя бы примерно где находиться нефть и вам нужно только уточнить ваши данные. Но с исчерпанием близких к поверхности месторождений нефти с простыми геологическими условиями метод становиться все менее эффективным и нужно покрывать всё бОльшую площадь со всё большей детализацией. А затраты на такое исследование растут пропорционально количеству наблюдений, которые вы записываете, а количество наблюдений растёт в квадрате с ростом площади исследования.

После некой границы ручная обработка данных становиться слишком дорогой и это ограничивает возможности добычи нефти, также как затопляемость английских угольных шахт и мощность ручной/лошадиной откачки ограничивала добычу угля. В обоих случаях понадобилась помощь специальных машин. Для английских шахт нужен был паровой насос, автоматизирующий откачку воды, а для добычи нефти - компьютер, записывающий и просчитывающий за вас всё увеличивающиеся объёмы данных сейсморазведки.

Разведка без iT - деньги на ветер

История сейсмики вертится вокруг компании GSI, которая её первой успешно применила в 1924 году, и информационных технологий. К 1950-м вместо бумажных носителей стали использовать магнитную ленту и аналоговую электронику на базе транзисторов. Пионером в этой инновации было подразделение GSI с неизвестным в то время названием “Texas Instruments” (легендарный изобретатель интегральных схем), а лицензию на производство транзисторов Texas Instruments купила именно для обслуживания потребностей сейсмической разведки. В 1960-х годах был переход от аналоговых систем к первым коммерческим цифровым компьютерам, что позволило увеличить скорость обработки данных и детализацию. Но всё ещё оставалось главное ограничение метода: двухмерность результата.

Первый эксперимент по производству трёхмерных сейсмических карт был проведён в 1972 году силами вышеупомянутого GSI и шести крупных нефтяных компаний. Сбор данных (500000 отдельных записей) занял месяц, компьютерная обработка целых два года. Для нефтяной индустрии проект по сложности был сравним с запускам первого спутника для космонавтики и результат оказался выше всяких похвал: на считавшемся исчерпанном нефтяном плее в штате нью-мексико удалось найти несколько новых месторождений.

Широкое распространение метод получил только в начале 1980-х годов прошлого века и только с развитием нового поколения суперкомпьютеров. Чтобы понять причины, достаточно посмотреть на стоимость одного гигафлопса в фиксированных долларах - ведь только в 1980-е стоимость обработки таких объёмов данных за нормальные сроки стала доступна отдельным крупным компаниям.

Расшифровка данных 3D-сейсмографии требовала колоссальных вычислительных ресурсов и компании 3D-сейсморазведки занимались обработкой полученных данных на мощных суперкомпьютерах того времени. Вот, например, прессрелиз 1996 года о заключении контракта между нефтяной компанией и университетским вычислительными центром Minnesota Supercomputer Center Inc (MSCI), где обработка данных велась на суперкомпьютерах CM-5 от Thinking Machines и T3D компании Cray. Вычислительная мощность составляла 52,6 и 76 гигафлопс, то есть практически без отставания от мирового лидера (150 ГФлопс), а CM-5 даже успел этим лидером побывать. Просто для интереса, параллельно написанию этого текста, я запустил бенчмарк на своём домашнем 4-ядерном core-i5 и получил значение в 89.25 гигафлопс.

Нефтегазовый айфон

Логика причинно-следственных связей тут проста как знаменитое “утром деньги, вечером стулья”. Сначала суперкомпьютеры, потом результативная разведка, потом нефть. В наши дни мы уже не так ограничены вычислительными возможностями и можем обрабатывать на порядки больше данных, чем мы могли даже в конце 1990-х. Из этого следует, что площадь сейсмических исследований уже по сути не ограничена этим аспектом. Но реалисты уже спешат напомнить, что мы живём в физическом мире где нельзя просто взять и опутать 10000 квадратных километров проводами и микрофонами. Что фура с проводами на картинке ниже в этом случае должна быть заменена карьерным грузовиком, а может и целым железнодорожным составом. А количество укладчиков будет сопоставимо с армией КНДР. Да, вы правы, правы.

Ax, если бы мы могли избавиться от проводов, если бы у нас было устройство с сенсорами, микрофоном, GPS, радиопередатчиком, процессором, позволяющим управлять всем этим добром в реальном времени и, конечно, достаточно мощной батарейкой для бесперебойной работы. Кто сказал айфон?

К сожалению, идея уже реализована американской компанией в 2012 году:

Метросексуалы с айфонами в модном электрокаре (слева) против брутальных мужиков с прицепом проводов (справа)

Не отстаёт и православная Газпромнефть, которая испробовала эту технологию сначала в горном и опасном Курдистане, а теперь вовсю использует в замороженных лесах западной Сибири:

Какой вывод? Главное не то что мы имеем от природы и где живём, главное это сумма наших знаний. На примере нефти, не надо пенять на природу, что она дала нам мало нефти - надо просто уметь её искать и добывать. До тех пор, пока мы продолжаем как вид увеличивать сумму знаний, наши возможности будут расти, ведь вселенная переполнена энергией и нужно просто знать как её взять. Сейчас самым главным инструментом познания для нас является компьютер, без которого современное существование просто невозможно. Хотите узнать потенциал цивилизации? Узнайте сколько у неё суперкомпьютеров.

Совместно с plaksiva9tr9pka

Comments

[flat-area.livejournal.com]

А чего лунки-то бурить для установки приёмников уже не надо что-ли? Я уж не говорю про пункты взрыва.
Мне почему-то казалось, что провода не самое слабое звено.
Ну сэкономили на геодезисте, а всё остальное-то осталось же. Или я сильно от жизни отстал?

[nusut.livejournal.com]

А что, радиосвязь для подключения датчиков требует непременного айфона?
Кто бы мог подумать...

[mikhai1-t.livejournal.com]

Такое мобильное устройство возможно построить силами небольшой компании только если у вас есть готовая индустрия с готовыми решениями, индустрия была сделана для смартфонов.

[mikhai1-t.livejournal.com]

Лунок нужно образно говоря десяток сенсоров тысячи.

[nusut.livejournal.com]

Радиомодули были сделаны для смартфонов? Серьёзно? А не наоборот?

[ichskh.livejournal.com]

Что-то здесь немного напутано. Потому как при нефтяной сейсморазведке бурится скважина, в идеале несколько, в которую опускают провод с датчиками. Опускать айфоны в скважину - в меру бессмысленно, вай-фай не работает, да и вынуть можно обратно уже не все в рабочем состоянии.

Далее, вычислительная мощность нужна не для датчиков вовсе, а для дальнейшей обработки массива полученной информации. Образно говоря, есть исходные данные с датчиков, которые, с помощью применения различных математических преобразований, приводят к такому состоянию, чтобы обученный специалист смог визуально определить, есть ли там внутри что-то или нет. Использование различных преобразований-фильтров сродни искусству, поэтому важно их делать быстро, для этого и нужна вычислительная мощность.

С другой стороны, развитие персональных компьютеров в 90-х годах дало толчок для использования "легких" серверов и-или массива серверов. То есть суперкомпьютеры не являются обязательным элементом геологоразведки.

[ab-dachshund.livejournal.com]

Еще автор недооценивает сети и парралельные вычисления. "Самый сложный" производимый продукт это не собственно компы, это софт. Соответственно, уже давно информационная революция пошла не по пути наращивания процессорных мощностей, а по пути усложнения софта. А по этому пути еще ой как есть куда двигаться.

[mikhai1-t.livejournal.com]

Радио изобрели в конце 19 века если вы на это намекаете.

[mikhai1-t.livejournal.com]

Вы очевидно не прочитали статью внимательно и не нажали не на одну ссылку. Мне сложно вам ответить,

[nusut.livejournal.com]

Нет, я намекаю, что все конкретные используемые в смартфоне радиомодули появились и использовались ДО появления смартфона. И индустрия их производства - тоже.

[mikhai1-t.livejournal.com]

Возможности софта определяются производительностью компьютеров. Супер компьютеры определяют какие задачи мы можем решать и какие задачи мы можем решать часто.

[mikhai1-t.livejournal.com]

А почему вы всё сводите к радиомодулям ? Это устройство достаточно сложное и комплексное так же как современный смартфон это далеко не отдельный компонент.

[nusut.livejournal.com]

Потому что вы привели пример замены проводного подключения датчиков на беспроводное в качестве доказательства тезиса об айфоне, как вершине нашего развития. Я показываю, что доказательство так себе.

[mikhai1-t.livejournal.com]

Вы берёте очень сложное устройство говорите что это просто радиомодуль и на основе этого утверждаете, что смартфоны тут не при чём.

Это всё равно что посмотреть на аппликацию компас в смартфоне и сказать, что компас у вас есть советский и он прекрасно работает.

[nusut.livejournal.com]

Какое "очень сложное устройство"? Беспроводной сейсмодатчик?

[ichskh.livejournal.com]

Да, скорее всего. Хорошая обзорная статья.

[mikhai1-t.livejournal.com]

Да

[ivanoff1999.livejournal.com]

С удовольствием прочитал, полностью согласен. Удивляет возмущение комментаторов насчет айфонов. Они могут работать в реальном времени, в отличие от андроида - музыканты в курсе.

[ab-dachshund.livejournal.com]

Это коммерциализированный миф. На самом деле возможности софта определяются возможностями программиста или группы. А так же коммерческой целесообразностью.

Ситуация, когда для нового железа нужен новый софт, а новый софт не идет на старом железе - это, как мы понимаем, не необходимость, а аспект сговора (пусть и не все его участники активны).

Помните такую игрушку конца 80х - Elite? Короче, 3-д симулятор космического корабля "от первого лица", с стрелялками, маневрированием, апгрейдом и даже сбором обломков, плюс элементы РПГ и экономической стратегии (если не путаю более тысячи планет с различной экономической обстановкой). И все это в 200 килобайтах (КИЛОбайтах!) и шло на XT. Сейчас игрушка с такой же убогой графикой и геймплеем потребовала бы мегабайты оперативки и минимум пентиум, а уж дискового пространства съела бы не меньше, чем одна фотка из отпуска.

Я видел и играл - да что там, про это писали в "Науке и Жизни" - программу "Гонки" для МК52. Вы знаете, что такое МК52? Калькулятор-переросток. 100 команд "уровня ассемблера" - положить в регистр, провести операцию над регистром, передать управление. Один экран на 12 символов. И на этом железе какой-то сумрачный гений сделал гонки - машинка ехала по извилистой дорожке, объезжала препятствия. А знаете, как она поворачивала? Переключателем "градусы-радианы". Вы только представьте грандиозность задачи и "плотность goto".

Сейчас такого не пишут.

Почему? Потому что никто больше не занимается оптимизацией софта кроме как на спор - куда дешевле купить сервер помощнее. А еще дешевле посоветовать потребителю купить сервер помощнее. То, что айфон имеет больше мощностей, чем ракета Гагарина - не значит что айфон может вывести человека в Космос. Одной процессорной мощностью тут не обойтись.

Поглядите на рынок мобильных устройств. На какой-то момент программисты получили "потолок" в мощностях - и что? Прекрасно устроились в этой нише, стали писать маленькие экономичные приложения. Ровно до тех пор, пока мощности мобильных устройств тоже не начали расти, когда можно было уже не аккуратничать, а просто стандартными средствами компиляторов портировать софт, разработанный для "больших" компов.

[serpentthegreen.livejournal.com]

>просто стандартными средствами компиляторов портировать софт, разработанный для "больших" компов.

Рука. Лицо.

[nusut.livejournal.com]

Спасибо. Приятно, что со стороны наша работа выглядит такой сложной. :)

[ab-dachshund.livejournal.com]

Отстали от жизни. Гуглите "мультиплатформенность".

[serpentthegreen.livejournal.com]

Я как раз в курсе, спасибо.
Компиляцией только "hello world" переносится.

[ab-dachshund.livejournal.com]

Чтобы не начали придираться - я не имею ввиду "любой софт". Конечно, он должен быть определенным образом написан и быть "высокоуровневым" (не в смысле хорошим, а в смысле аппаратнонезависимым).

Как пример - в дотнете отказались от выделения и освобождения динамической памяти вручную. С одной стороны это помогает мультиплатформенности, с другой неизбежно ведет к нагромождению унифицированных апи, жрущих ресурсы. Фактически, каждая такая прога работает словно под эмулятором некой унифицированной платформы. Как следствия - простенькая программка занимает кучу места и жрет кучу памяти и процессорной мощности именно на апи и вспомогательные шняшки.

[ab-dachshund.livejournal.com]

Ну так не отказывайте другим в праве быть в курсе.