Deep Blue проти Каспарова: двадцять років революції великих даних

На сьомому ходу найважливішою вирішальної гри чорні зробили те, що зараз вважають критичною помилкою. Коли чорні переплутали ходи в захист Каро-Канн, білі скористалися перевагою і організували атаку, пожертвувавши конем. Всього за 11 наступних ходів білі збудували настільки сильну позицію, що у чорних не було вибору, окрім як визнати поразку. Переможений заявив про нечесну гру опонента — і це звинувачення стало одним з найгучніших за всю історію шахових турнірів. Двадцять років потому до нього досі є питання.

Це була не звичайна гра в шахи. Нерідко переможений гравець може звинуватити свого опонента в нечесній грі, але в цьому випадку переможеним був тодішній чемпіон світу з шахів Гаррі Каспаров. Переможець був ще більш незвичайним: суперкомп'ютер IBM Deep Blue.

Перемога над Каспаровим 11 травня 1997 року зробила Deep Blue першим комп'ютером, який обіграв чемпіона світу в матчі з шести ігор зі стандартним часом. Каспаров виграв першу гру, програв другу і наступні три зіграв внічию. Коли Deep Blue виграв фінальну гру, Каспаров відмовився в це повірити.

Луною пригадуючи виверти шахових автоматів 18 і 19 століть, Каспаров заявив, що комп'ютером керував справжній гросмейстер. Він і його прихильники вважали, що гра Deep Blue була дуже людяною, щоб належати машині. Між тим для багатьох переконаних в продуктивності комп'ютера стало очевидно, що штучний інтелект досяг тієї стадії, коли може перевершити людство — принаймні в грі, яка довгий час вважалася занадто складною для машини.

Реальність же полягала в тому, що перемога Deep Blue була забезпечена саме жорсткою, нелюдської прихильності холодної, жорсткою логікою проти емоційного поведінки Каспарова. Не те щоб штучний (або справжній) інтелект продемонстрував власний творчий стиль мислення і навчання, ні, саме застосування простих правил у широких масштабах забезпечило результат.

Той матч став сигналом до соціального зсуву, який набирає швидкість донині. Глибока обробка даних, на яку спирався Deep Blue, сьогодні присутня майже у всіх куточках нашого життя — від фінансових систем, які домінують в економіці, до сервісів онлайн-знайомств, які намагаються нам знайти ідеального партнера. Те, що починалося як студентський проект, допомогло вступити в епоху великих даних (big data).

Помилка людини

Основа претензій Каспарова пред'явлена до ходу, який комп'ютер зробив у другій грі матчу, першої переможній грі Deep Blue. Каспаров зіграв так, щоб змусити противника забрати підставну пішака, жертовну фігуру, що дозволяє заманити машину в пастку. Цю тактику Каспаров використовував проти людських опонентів в минулому.

Але наступний хід Deep Blue здивував Каспарова. Каспаров назвав його «людиноподібним». Джон Нанн, англійський гросмейстер, описав його як «дивний» і «видатний». Цей хід розбив план Каспарова і перевернув його стратегію. Він так хвилювався, що не зміг повернутися в гру і віддав її. Що ще гірше, він так і не оговтався, зіграв внічию три наступних ігри і допустив фатальну помилку, яка призвела до поразки в останній грі.

Той хід був заснований на стратегічному перевазі, яке гравець отримує від створення відкритої лінії, стовпця квадратів на дошці (якщо дивитися зверху), на якому немає фігур. Вона може створити атакуючий маршрут, як правило, для лодій або ферзів, оскільки немає пішаків, які блокують шлях. Під час тренування з гросмейстером Джоелом Бенджаміном команда Deep Blue з'ясувала, що відкрита лінія не тільки дозволяє вивести на неї човен. Тактика включала висновок фігур на лінію і вибір моменту, коли їх можна відкривати.

Коли програмісти це зрозуміли, вони переписали код Deep Blue, щоб включити ці ходи. Під час гри комп'ютер використовував позицію з можливою відкритою лінією, щоб чинити тиск на Каспарова і змусити його захищатися на кожному ходу. Це психологічна перевага в кінцевому підсумку задавило Каспарова.

Коли Каспаров програв, в діло пішли теорії змов і спекуляції. Конспірологи стверджували, що IBM привернула людини під час матчу. IBM заперечує це, заявляючи, що згідно з правилами єдине людське втручання відбулося між іграми, щоб виправити помилки, виявлені під час гри. Вона також відкинула твердження про те, що програмування було адаптовано до стилю гри Каспарова. Замість цього вони покладалися на здатність комп'ютера знаходити величезна кількість можливих ходів.

Відмова від IBM прохання Каспарова провести матч-реванш і подальший демонтаж Deep Blue не зробив нічого, щоб погасити підозри. IBM також затримала випуск докладних записів комп'ютера, чого вимагав Каспаров, до моменту виведення Deep Blue з експлуатації. Але подальший докладний аналіз журналу комп'ютера додав нові факти в історію і пролив світло на серйозні помилки Deep Blue.

З тих пір є припущення, що Deep Blue здобув перемогу тільки з-за помилки в коді під час першої гри. Один з дизайнерів Deep Blue сказав, що коли глюк завадив комп'ютера вибрати один з ходів, які він аналізував, він замість цього зробив випадковий хід, який Каспаров невірно витлумачив як більш глибоку стратегію.

Йому вдалося виграти гру, і до другого раунду помилка була виправлена. Але чемпіон світу був, схоже, настільки вражений чудовим інтелектом машини, що не зміг відновити своє самовладання і заграв дуже обережно. Віннавіть втратив шанс вийти з тактики відкритої лінії, коли Deep Blue допустив «жахливу помилку».

Яке б твердження Каспарова на тему матчу не було вірним, вони вказують на те, що його поразка була частково зведено до слабкостей людської натури. Він переоцінив деякі ходи машини і став надмірно турбуватися про її здібності, допускаючи помилки, які в кінцевому рахунку призвели до його поразки. Deep Blue не володів навіть і близько методами штучного інтелекту, які сьогодні допомагають комп'ютерів перемагати в набагато більш складних іграх, таких як го.

Але навіть якщо Каспаров був заляканий більше, ніж повинно було бути, немає ніяких сумнівів в приголомшливих досягнення команди, яка створила Deep Blue. Її здатність обіграти кращого в світі гравця в шахи була заснована на неймовірній обчислювальної потужності, яка привела до створення програми суперкомп'ютерів IBM, яка проклала шлях для передових технологій сучасності. Що ще більш дивно, так це той факт, що проект Deep Blue був не амбітним проектом одного з найбільших виробників комп'ютерів, а студентською роботою 1980-х.

Шахова гонка

Коли Фен-Сюн Сю прибув до США з Тайваню в 1982 році, він і уявити не міг, що стане частиною інтенсивного суперництва між двома командами, які майже десять років намагалися створити кращий шаховий комп'ютер у світі. Сю прибув в Університет Карнегі — Меллон у Пенсільванії, щоб вивчати дизайн інтегральних схем, з яких роблять мікрочіпи, але також давно цікавився комп'ютерними шахами. На нього звернули увагу розробники Hitech, комп'ютера, який в 1988 році першим обіграв гросмейстера, і попросили допомогти з розробкою апаратного забезпечення.

Незабаром Сю посварився з командою Hitech, коли побачив архітектурний косяк у запропонованому ними дизайні. Разом з іншими аспірантами він почав розробку власного комп'ютера ChipTest, спираючись на архітектуру шахової машини Bell Laboratory. Власна технологія ChipTest використовувала «дуже широкомасштабну інтеграцію», щоб поєднувати тисячі транзисторів на одному чіпі і дозволити комп'ютери знаходити 500 000 шахових ходів щомиті.

Хоча команда Hitech стартувала раніше, Сю і його колеги скоро наздогнали її з наступником ChipTest. Deep Thought — названий на честь комп'ютера з книги Дугласа Адамса «Автостопом по галактиці» — об'єднав два спеціалізованих процесора Сю і навчився аналізувати 720 000 ходів на секунду. У 1989 році він виграв Computer World Chess Championship, не програвши жодної гри.

Але в тому ж році Deep Thought програв Гаррі Каспарову, чинному чемпіону світу з шахів. Щоб обіграти кращого гросмейстера світу, Сю і його команда повинні були зайти значно далі. Але тепер у них була підтримка комп'ютерного гіганта IBM.

Шахові комп'ютери працюють, приєднуючи числове значення до положення кожної фігури на дошці, використовуючи формулу «функції оцінки». Ці значення можна обробляти і перебирати в пошуках кращого ходу. Перші шахові комп'ютери, такі як Belle і Hitech, використовували кілька кастомних чіпів для виконання оціночних функцій і потім комбінували результати.

Проблема полягала в тому, що зв'язок між мікросхемами була повільною і споживала більшу обчислювальну потужність. З ChipTest Сю вдалося перепроектувати і переупакувати процесори в один чіп. Це усунуло ряд накладних витрат на обробку й істотно збільшило обчислювальну швидкість. У той час як Deep Thought міг обробляти 720 000 ходів на секунду, Deep Blue використовував велику кількість процесорів, які запускали одні і ті ж обчислення одночасно, щоб проаналізувати 100 000 000 ходів на секунду.

Збільшення числа ходів, які міг обробляти комп'ютер, було важливим, тому що шахові комп'ютери традиційно використовували методи «повного перебору» (грубої сили, брутфорса). Люди-гравці вчаться з минулого досвіду миттєво виключати певні дії. Шахові машини в той час не володіли такою здатністю і замість цього повинні були покладатися на свою здатність заглядати вперед і дивитися, що може трапитися при кожному можливому час. Вони використовували повний перебір, аналізуючи колосальні числа ходів, замість того щоб зосередитися на певному типі ходів, який спрацював би напевно. Збільшення числа ходів, які машина могла бачити одночасно, що дозволяло їй заглядати набагато далі в майбутнє.

До лютого 1996 року команда IBM знову викликала Каспарова на бій, на цей раз з Deep Blue. Хоча машина вперше обіграла чемпіона світу в звичайному часовому режимі, загальний матч Deep Blue програв з рахунком 4:2. Його 100 000 000 ходів на секунду було недостатньо, щоб обіграти здатність людини до вироблення стратегії.

Щоб збільшити число ходів, команда почала модернізацію машини, досліджуючи, як би оптимізувати велика кількість процесорів, що працюють паралельно. Нарешті, утворилася машина з 30 процесорами, які, що дуже важливо, контролювали 480 кастомних інтегральних схем, створених спеціально для гри в шахи. Цей кастомный дизайн дозволив команді потужно оптимізувати паралельні обчислення між чіпами. Результатом стала нова версія Deep Blue (Deeper Blue), здатна знаходити 200 000 000 ходів на секунду. На кожну можливу стратегію машина могла прораховувати до 40 ходів наперед.

Паралельна революція

До того часу, коли в травні 1997 року в Нью-Йорку відбувся матч-реванш, суспільний інтерес був вже на піку. Репортери з камерами шикувалися в черги і були винагороджені картиною Каспарова, палаючогоправедним гнівом про свою поразку на прес-конференції. Публічність матчу також дозволила отримати краще уявлення про те, наскільки далеко зайшли комп'ютери. Більшість людей навіть і близько не мали уявлення, який вплив технологія Deep Blue виявиться на подальший розвиток комп'ютерів, а головне, того, як наше суспільство використовує дані.

Сьогодні складні комп'ютерні моделі використовуються для підтримки банківських фінансових систем, розробки більш досконалих автомобілів та літаків для випробування нових ліків. Системи, які студіюють великі масиви даних (часто їх називають великими даними, або big data), шукають значущі патерни у плануванні громадських послуг, транспорті та охороні здоров'я і дозволяють компаніям орієнтувати рекламу на певні групи людей.

Це дуже складні завдання, що вимагають швидкої обробки великих і складних наборів даних. Deep Blue дав вченим і інженерам значне уявлення про масивних паралельних багаточіпових системах, які зробили це можливим. Зокрема, вони продемонстрували можливості комп'ютерної системи загального призначення, яка контролювала велику кількість кастомних чіпів, розроблених для конкретного застосування.

Наука про молекулярної динаміки, наприклад, включає вивчення фізичних рухів молекул і атомів. Кастомні конструкції чіпів комп'ютерів дозволили моделювати молекулярну динаміку і заглядати вперед, щоб побачити, як нові ліки могли б реагувати в організмі, подібно прорахунку шахових ходів наперед. Моделювання молекулярної динаміки допомогло прискорити розробку успішних ліків, деякі з яких використовуються для лікування ВІЛ.

Для широких застосувань, таких як моделювання фінансових систем та інтелектуальний аналіз даних, проектування спеціалізованих чіпів для окремого завдання в цих областях було б надмірно дорогим. Але проект Deep Blue допоміг розробити методи кодування і управління высокопараллельными системами, які розбивають проблему на велику кількість процесорів.

Сьогодні багато системи обробки великих обсягів даних використовують графічні процесори замість спеціалізованих мікросхем. Спочатку вони були призначені для створення зображень на екрані, але також обробляли інформацію з використанням паралельних процесорів. Сьогодні їх часто використовують на високопродуктивних комп'ютерах з великими наборами даних і для запуску потужних засобів штучного інтелекту. Тут теж очевидні подібності з архітектурою Deep Blue: спеціалізовані чіпи (побудовані для графіки), керовані процесорами загального призначення, що підвищують ефективність складних обчислень.

тим часом світ шахових ігрових автоматів суттєво розвинувся з часів перемоги Deep Blue. Незважаючи на свій досвід роботи з Deep Blue, в 2003 році Каспаров погодився битися з двома найвідомішими шаховими машинами — Deep Fritz і Deep Junior. Обидва рази йому вдалося уникнути поразки, хоча він все так само робив помилки, що приводили до нічиєї. І все ж обидві машини обіграли своїх опонентів у 2004 і 2005 роках.

Junior і Fritz ознаменували зміна підходу до розробки систем для комп'ютерних шахів. У той час як Deep Blue був спеціально розробленим комп'ютером, належним на грубу силу своїх процесорів, аналізують мільйони ходів, нові шахові машини були програмами, які використовують методи навчання для мінімізації необхідних пошуків. Це дозволило їм обійти метод грубої сили лише з обчислювальними можливостями звичайного персонального комп'ютера.

Незважаючи на цей прорив, у нас все ще немає шахових машин, які нагадували б людський інтелект у процесі гри — так їм і не потрібно. Люди роблять помилки, тому що вони емоційні і бояться за свою репутацію. Машини, з іншого боку, нещадно використовують логічні розрахунки в процесі гри. Одного разу у нас можуть з'явитися комп'ютери, які дійсно думають по-людськи, але історія останніх 20 років привела до розвитку систем, які точні у високому ступені виключно тому, що є машинними.