Науку можно сравнить с искусством – ведь без материализации даже самый гениальный замысел останется лишь идеей в голове художника или ученого, уверен президент Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" Михаил Ковальчук. В начале августа он получил звание Героя Труда России и дал первое интервью в новом статусе. Он рассказал, как удалось сохранить советскую научную школу, зачем в эпоху технологий нужны фундаментальные исследования, назвал главные ошибки при создании современных компьютеров, сравнил искусственный интеллект с лампочкой и объяснил, почему США "провисли" в разработках атомных ледоколов. Беседовали Владимир Сычев и Диляра Солнцева.
– Михаил Валентинович, добрый день. В России активно создаются исследовательские установки класса мегасайенс. На какой стадии сейчас находится эта работа?
– В рамках масштабной программы, утвержденной несколько лет назад указом президента и распоряжениями правительства, создается сеть уникальных мегаустановок, распределенная по всей стране. Две флагманских установки: реактор ПИК, один из самых мощных в мире высокопоточных исследовательских реакторов мощностью 100 мегаватт, и установка "СИЛА" ("СИнхротрон + ЛАзер"), которую мы создаем на нашей площадке в Протвино под Москвой, на базе Института физики высоких энергий. "СИЛА" уникальна тем, что в одной установке будут сочетаться синхротронное излучение четвертого поколения и лазер на свободных электронах. Кроме того, создается новый синхротрон в Курчатовском институте ("КИСИ-Курчатов"). Он придет на смену установке, которая работает у нас сегодня и является единственной работающей специализированной машиной такого класса на постсоветском пространстве. Идет работа над новым синхротроном на острове Русском в Дальневосточном федеральном университете. Кроме того, скоро будет запущена новая установка "СКИФ" в Сибири, рядом с новосибирским Академгородком, она уже построена. Также в рамках этой программы мы воссоздаем синхротрон, который был не достроен еще в советское время на базе Института электроники в Зеленограде. Там будет уникальный центр высоких технологий – такая Московская технологическая долина.
– В советское время его не смогли достроить, удастся ли быстро восстановить сейчас?
– Отечественная наука строится на системе школ. Это что означает? Например, вы мой аспирант, я вас выучил. Дальше вы уехали, условно, в Саранск или Калининград и продолжаете работать, развиваете мои исследования как школу. Потом за вами приходит второй, третий – и формируется устойчивая сеть, система знаний. При распаде Советского Союза и в последующие годы наша наука переживала сложные времена, но школы сохранялись. Да, там, где работала, к примеру, тысяча ученых, могли остаться сто, но основные знания и компетенции передавались. Поэтому когда государство снова осознало важность науки и начало выделять средства на приоритетные научно-технологические проекты, быстро удалось все восстановить.
Могу ответственно сказать, что сегодня в сфере мегаустановок мы восстановили все компетенции и полностью возобновили производство на базе наших крупнейших площадок. Мы все главное делаем сами, кроме каких-то отдельных деталей.
При этом такие установки — это не просто наука, это меганаука, сублимация компетенций в разных областях. Потому что, чтобы разработать реактор или ускоритель, нужны специалисты в области ядерной физики, физики частиц, специалисты по ускорителям, расчетчики… Далее нужны люди, которые изготовят это сложнейшее оборудование. Потом потребуются специалисты для работы на экспериментальных станциях и их обслуживания и так далее. То есть такие проекты дают мощный импульс для развития научно-технологической сферы в целом, в масштабах страны.
– Зачем в эпоху технологий нужна фундаментальная наука?
– Например, нужно обязательно изучать свойства материалов. Науку вообще можно сравнить с искусством. Для того чтобы картина из головы художника материализовалась, нужны холст, краски, мольберт, кисть. Или у композитора мелодия возникла, как мы ее узнаем? Ее тоже надо материализовать: нужны ноты, музыкальный инструмент. Получается, материализация – главный приоритет науки. И сейчас, и тысячи лет назад. Был каменный век, бронзовый век, железный век и так далее… В разные периоды цивилизации появлялся материал, который менял ее развитие.
– А сейчас у нас какой век?
– Сейчас у нас очень важный век. Первый этап развития материаловедения назывался физическое металловедение. Так мы начали получать чугун, высоколегированную сталь, специальные сплавы. И на этом пути было создано огромное количество металлических материалов, появились оружие, броня, самолеты, подводные лодки, автомобили, поезда и так далее.Дальше приоритет ушел к полупроводникам. В это время открыли полупроводниковый эффект, и начался второй этап развития материаловедения. Это был период, когда бурно развивалась микроэлектроника, создавались сплавы для нее.
А сегодня мы переходим к третьему революционному этапу развития материаловедения — это биоорганическое материаловедение. Биоорганические системы, живая жизнь — это устроено намного сложнее.
– Почему?
– Скажем, вы используете полупроводниковый кристалл диоксид кремния: если взять элементарную ячейку этого кристалла, там всего восемь атомов. А если вы берете ячейку кристалла белка, там могут быть сотни тысяч атомов.
Сегодня искусственный интеллект показывает, насколько неправильно созданы компьютеры. Я поясню на примере. Раньше люди заходили в лифт и обливались потом, потому что в лифте висела для освещения лампочка накаливания. Но она была в первую очередь не световым прибором, а тепловым – ток проходил через нитку в вакууме, раскалял ее, она выделяла 90 проценторв тепла и чуть-чуть света. Сегодня вы заходите в лифт – у вас светодиод: тепла фактически нет, а свет есть. То же самое с компьютером. Компьютер сегодня можно сравнить с лампой накаливания в лифте. У нас в Курчатовском институте один из самых мощных суперкомпьютеров — и там стоят огромные системы охлаждения. Потому что компьютер выделяет тепло, это тепловой прибор. Так какая, казалось бы, связь между биоорганикой и искусственным интеллектом? Самая прямая! Когда мы начали 60 лет назад создавать твердотельную микроэлектронику, а потом компьютеры, то считали, что копируем мозг. Но мы не знали, как он устроен, потому что биологическая субстанция тогда была сложна, недоступна и непонятна. И мы взяли простой кусочек полупроводника – кремний, германий – выстроили уникальную систему. Но, как оказалось, совершили две ошибки.
– Какие?
– Первая: наш мозг аналоговый, он воспринимает сигналы непрерывно. А компьютер – цифровой, он использует двоичный код. Значит, когда он "видит" кривую, то берет точку, заносит в память, потом вторую точку, снова в память и так далее. А когда начинать "вынимать" информацию из памяти, снова берет точки и выстраивает некую картину.
А вторая ошибка заключается в том, что мы разделили память на долговременное хранилище и оперативное, где идет обработка информации. Они геометрически, топологически отделены и соединены проводом внутри интегральной металлизированной полоски. И каждая точка из оперативной памяти в долговременную и обратно – это ток, который течет по этой линии. А дальше по закону Ома возникает сопротивление, и это означает, что вырабатывается тепло, как в лампочке. В проекте с одной компанией мы соединили геометрически оперативную и долговременную память – и в тысячу раз упало энергопотребление.
– А при чем здесь искусственный интеллект?
– Напомню, что в советское время у нас была, пожалуй, лучшая в мире система автоматизации: системы управления предприятием, технологическими процессами и так далее. И доказательством того, что в СССР была лучшая в мире автоматизация, является полет нашего шаттла "Буран" почти 40 лет назад. Сегодня рассказывают про безэкипажные трамваи, автомобили, в которых тем не менее сидит водитель на подстраховке. А в 1988 году "Буран" слетал в космос в полностью автоматическом режиме, и в кабине никто не сидел. И он не по дороге ехал между Петербургом и Москвой, а облетел вокруг Земли, потом вышел на посадочную полосу, а дальше вдруг улетел в сторону. Оказалось, что он "увидел", что боковой ветер усилился, и изменил траекторию посадки. Этого никто с тех пор не повторил.
Так почему же, когда была автоматизация такого уровня, не возникло слова "искусственный интеллект"? Очень просто: потому что ИИ – это следующая ступень автоматизации. Но чтобы ее сделать, надо было собрать большие базы данных, их обработать и суметь очень быстро проанализировать. Не за месяцы и даже не за часы, а за доли секунд. Но тогда не было таких компьютерных мощностей. А сегодня они появились.
Например, вы собираете данные миллиона человек, больных одной болезнью, их геномы. А потом вам нужно их проанализировать, чтобы определить, у кого есть предрасположенность к конкретной болезни. Но когда вы собираете эти базы данных, а потом ими пользуетесь, сами интегральные схемы в компьютере выделяют гигантские объемы тепла. Поэтому сегодня весь вопрос развития искусственного интеллекта упирается в энергетику. Фактически ИИ — сублимированное электричество. Но об этом никто не задумывался. А сегодня не зря немцы обсуждают вопрос исправления своих ошибок, думая о разморозке законсервированных атомных станций, если это еще возможно. И американцы из всех углов вытаскивают разработки, которые касались "портативных" атомных установок.
– Как же решить проблему?
– Тут два решения. Во-первых, надо повысить энергопроизводство. Фактически для этого есть только один путь: развитие ядерных технологий, ядерной энергетики. Причем в первую очередь мобильных атомных станций и станций малой мощности, где мы впереди планеты всей. Во-вторых, нужен иной принцип потребления. Человеческий мозг – орган, которым создано все в подлунном мире, потребляет порядка десяти ватт и не более 30 ватт в пиковый момент. Значит, наша задача – наряду с ростом генерации перейти к совершенно иному, природоподобному типу потребления энергии. Поэтому мы уже десять лет сложным путем готовим концепцию развития природоподобных технологий.
– Почему сложным?
– Потому что любая новая вещь мало кому нужна. Так было всегда. По двум причинам: во-первых, она непонятна массам, во-вторых – нарушает равновесие. Все уже расселись по своим местам, деньги поделены, слава тоже, и тут вдруг появляется что-то новое. А значит, надо кого-то сместить с площадки, перераспределить ресурсы и так далее. Поэтому среда, естественно, сопротивляется новому.
Только когда есть реальное дело и реальные люди, которые его двигают, тогда новое становится реальностью. А стратегия развития природоподобных технологий, которую недавно утвердил президент, – это фактически план перехода к новому технологическому укладу.
– Каким образом?
– До сегодняшнего дня мы изучали человека как венец природы, а потом копировали его в виде сложных технических систем. Например, микроэлектронные устройства, которые, по сути, ничего общего с мозгом не имеют. Или рука: мы сделали экскаватор, грейдер, подъемный кран – но рука все равно совершеннее. При этом живые системы еще и малоэнергозатратны. Мы с вами живем за счет биотопливных элементов: мы едим, и за счет этого проходят реакции в наших клетках, этого хватает для обеспечения нашей жизни.
Поэтому так важен переход от копирования к биоподобию.
Например, у нас XX век проходил под лозунгом кристаллических материалов. Все компьютеры, лазеры, память – все делалось на монокристалле. Мы создали индустрию, сделали уникальные вещи, но это были упорядоченные материалы. А сейчас мы переходим к неупорядоченным или слабо упорядоченным материалам, чем является биоорганика. И например, самолетное крыло сегодня делается уже не из монокристаллического материала, а из композита, углеродного волокна, для производства которого нужен ткацкий станок. Это как раз пример природоподобной технологии.
Возвращаясь к меганауке. У нас и метрика меняется. Кристалл — это дифракция: вы пускаете луч на упорядоченную систему и видите атом. А там, где нет упорядоченной структуры, дифракция не работает. Значит, нужна другая метрика. И когда мы строим мегаустановки, синхротронные источники, то применяем рассеяние разного типа — ядерное рассеяние и прочие. Они становятся доминантой и метрикой этих новых материалов.
– Если говорить об атомных технологиях, получается уже, что США никогда не догонят нас по тем же атомным ледоколам?
– Никогда не говори "никогда". В жизни очень важна конкуренция. Почему Штаты провисли? Они совершили ошибку — они расслабились. Вы перестаете бежать, когда вам кажется, что вы завладели миром. А на деле так не бывает, пустот не бывает. Например, еще совсем недавно в Китае не знали слова "термоядерный синтез". Мы им поставили сверхпроводящий токамак, объяснили, научили, и сегодня они имеют один из лучших токамаков. С одной стороны, вы воспитываете конкурента. Но с другой — вы расширяете поле применения технологий, а это будущие рынки. И кроме того, вы резко повышаете квалификацию своих не только соперников, но и партнеров, потому что соперничество и сотрудничество обязательно переплетаются, поражение от победы ты сам не должен отличать. А вывод один: надо бежать вперед и всегда быть первым. Как только сбавите темп, окажетесь в аутсайдерах.