Deep Blue против Каспарова: двадцать лет революции больших данных

На седьмом ходу важнейшей решающей игры черные сделали то, что сейчас считают критической ошибкой. Когда черные перепутали ходы в защите Каро-Канн, белые воспользовались преимуществом и организовали атаку, пожертвовав конем. Всего за 11 следующих ходов белые выстроили настолько сильную позицию, что у черных не было выбора, кроме как признать поражение. Проигравший заявил о нечестной игре оппонента — и это обвинение стало одним из самых громких за всю историю шахматных турниров. Двадцать лет спустя к нему до сих пор есть вопросы.

Это была не обычная игра в шахматы. Нередко побежденный игрок может обвинить своего оппонента в нечестной игре, но в этом случае проигравшим был тогдашний чемпион мира по шахматам Гарри Каспаров. Победитель был еще более необычным: суперкомпьютер IBM Deep Blue.

Победа над Каспаровым 11 мая 1997 года сделала Deep Blue первым компьютером, который обыграл чемпиона мира в матче из шести игр со стандартным временем. Каспаров выиграл первую игру, проиграл вторую и следующие три сыграл вничью. Когда Deep Blue выиграл финальную игру, Каспаров отказался в это поверить.

Эхом припоминая уловки шахматных автоматов 18 и 19 веков, Каспаров заявил, что компьютером управлял настоящий гроссмейстер. Он и его сторонники полагали, что игра Deep Blue была слишком человечной, чтобы принадлежать машине. Между тем для многих убежденных в производительности компьютера стало очевидно, что искусственный интеллект достиг той стадии, когда может превзойти человечество — по крайней мере в игре, которая долгое время считалась слишком сложной для машины.

Реальность же заключалась в том, что победа Deep Blue была обеспечена именно жесткой, нечеловеческой приверженности холодной, жесткой логике против эмоционального поведения Каспарова. Не то чтобы искусственный (или настоящий) интеллект продемонстрировал собственный творческий стиль мышления и обучения, нет, именно применение простых правил в широких масштабах обеспечило результат.

Тот матч стал сигналом к социальному сдвигу, который набирает скорость по сей день. Глубокая обработка данных, на которую опирался Deep Blue, сегодня присутствует почти во всех уголках нашей жизни — от финансовых систем, которые доминируют в экономике, до сервисов онлайн-знакомств, которые пытаются найти нам идеального партнера. То, что начиналось как студенческий проект, помогло вступить в эпоху больших данных (big data).

Ошибка человека

Основа претензий Каспарова предъявлена к ходу, который компьютер сделал во второй игре матча, первой победной игре для Deep Blue. Каспаров сыграл так, чтобы вынудить противника забрать подставную пешку, жертвенную фигуру, позволяющую заманить машину в ловушку. Эту тактику Каспаров использовал против человеческих оппонентов в прошлом.

Но следующий ход Deep Blue удивил Каспарова. Каспаров назвал его «человекоподобным». Джон Нанн, английский гроссмейстер, описал его как «удивительный» и «выдающийся». Этот ход разбил план Каспарова и перевернул его стратегию. Он так переволновался, что не смог вернуться в игру и отдал ее. Что еще хуже, он так и не оправился, сыграл вничью три следующих игры и допустил роковую ошибку, которая привела к поражению в последней игре.

Тот ход был основан на стратегическом преимуществе, которое игрок получает от создания открытой линии, столбца квадратов на доске (если смотреть сверху), на котором нет фигур. Она может создать атакующий маршрут, как правило, для ладей или ферзей, поскольку нет пешек, блокирующих путь. Во время тренировки с гроссмейстером Джоэлом Бенджамином команда Deep Blue выяснила, что открытая линия не только позволяет вывести на нее ладью. Тактика включала вывод фигур на линию и выбор момента, когда можно их открывать.

Когда программисты это поняли, они переписали код Deep Blue, чтобы включить эти ходы. Во время игры компьютер использовал позицию с возможной открытой линией, чтобы оказать давление на Каспарова и заставить его защищаться на каждому ходу. Это психологическое преимущество в конечном итоге задавило Каспарова.

Когда Каспаров проиграл, в дело пошли теории заговоров и спекуляции. Конспирологи утверждали, что IBM привлекла человека во время матча. IBM отрицает это, заявляя, что в соответствии с правилами единственное человеческое вмешательство произошло между играми, чтобы исправить ошибки, обнаруженные во время игры. Она также отвергла утверждение о том, что программирование было адаптировано к стилю игры Каспарова. Вместо этого они полагались на способность компьютера находить огромное количество возможных ходов.

Отказ IBM от просьбы Каспарова провести матч-реванш и последующий демонтаж Deep Blue не сделал ничего, чтобы погасить подозрения. IBM также задержала выпуск подробных записей компьютера, чего также требовал Каспаров, до момента вывода Deep Blue из эксплуатации. Но последующий подробный анализ журнала компьютера добавил новые факты в историю и пролил свет на серьезные ошибки Deep Blue.

С тех пор есть предположения, что Deep Blue одержал победу только из-за ошибки в коде во время первой игры. Один из дизайнеров Deep Blue сказал, что когда глюк помешал компьютеру выбрать один из ходов, которые он анализировал, он вместо этого сделал случайный ход, который Каспаров неверно истолковал как более глубокую стратегию.

Ему удалось выиграть игру, и ко второму раунду ошибка была исправлена. Но чемпион мира был, похоже, настолько потрясен превосходным интеллектом машины, что не смог восстановить свое самообладание и заиграл слишком осторожно. Он даже упустил шанс выйти из тактики открытой линии, когда Deep Blue допустил «ужасную ошибку».

Какое бы утверждение Каспарова на тему матча ни было верным, они указывают на то, что его поражение было частично сведено к слабостям человеческой натуры. Он переоценил некоторые ходы машины и стал излишне беспокоиться о ее способностях, допуская ошибки, которые в конечном счете привели к его поражению. Deep Blue не владел даже и близко методами искусственного интеллекта, которые сегодня помогают компьютерам побеждать в гораздо более сложных играх, таких как го.

Но даже если Каспаров был запуган больше, чем должно было быть, нет никаких сомнений в потрясающих достижениях команды, создавшей Deep Blue. Ее способность обыграть лучшего в мире игрока в шахматы была основана на невероятной вычислительной мощности, которая привела к созданию программы суперкомпьютеров IBM, которая проложила путь для передовых технологий современности. Что еще более удивительно, так это тот факт, что проект Deep Blue был не амбициозным проектом одного из крупнейших производителей компьютеров, а студенческой работой 1980-х.

Шахматная гонка

Когда Фэн-Сюн Сю прибыл в США с Тайваня в 1982 году, он и представить не мог, что станет частью интенсивного соперничества между двумя командами, которые почти десять лет пытались создать лучший шахматный компьютер в мире. Сю прибыл в Университет Карнеги — Меллон в Пенсильвании, чтобы изучать дизайн интегральных схем, из которых делают микрочипы, но также давно интересовался компьютерными шахматами. На него обратили внимание разработчики Hitech, компьютера, который в 1988 году первым обыграл гроссмейстера, и попросили помочь с разработкой аппаратного обеспечения.

Вскоре Сю рассорился с командой Hitech, когда увидел архитектурный косяк в предложенном ими дизайне. Вместе с другими аспирантами он начал разработку собственного компьютера ChipTest, опираясь на архитектуру шахматной машины Bell Laboratory. Собственная технология ChipTest использовала «очень широкомасштабную интеграцию», чтобы сочетать тысячи транзисторов на одном чипе и позволить компьютеры находить 500 000 шахматных ходов ежесекундно.

Хотя команда Hitech стартовала раньше, Сю и его коллеги скоро догнали ее с преемником ChipTest. Deep Thought — названный в честь компьютера из книги Дугласа Адамса «Автостопом по галактике» — объединил два специализированных процессора Сю и научился анализировать 720 000 ходов в секунду. В 1989 году он выиграл World Computer Chess Championship, не проиграв ни одной игры.

Но в том же году Deep Thought проиграл Гарри Каспарову, действующему чемпиону мира по шахматам. Чтобы обыграть лучшего гроссмейстера мира, Сю и его команда должны были зайти намного дальше. Но теперь у них была поддержка компьютерного гиганта IBM.

Шахматные компьютеры работают, присоединяя числовое значение к положению каждой фигуры на доске, используя формулу «функции оценки». Эти значения затем можно обрабатывать и перебирать в поисках лучшего хода. Первые шахматные компьютеры, такие как Belle и Hitech, использовали несколько кастомных чипов для выполнения оценочных функций и затем комбинировали результаты.

Проблема заключалась в том, что связь между микросхемами была медленной и потребляла большую вычислительную мощностью. С ChipTest Сю удалось перепроектировать и переупаковать процессоры в один чип. Это устранило ряд накладных расходов на обработку и существенно увеличило вычислительную скорость. В то время как Deep Thought мог обрабатывать 720 000 ходов в секунду, Deep Blue использовал большое количество процессоров, которые запускали одни и те же вычисления одновременно, чтобы проанализировать 100 000 000 ходов в секунду.

Увеличение числа ходов, которые мог обрабатывать компьютер, было важным, потому что шахматные компьютеры традиционно использовали методы «полного перебора» (грубой силы, брутфорса). Люди-игроки учатся из прошлого опыта мгновенно исключать определенные действия. Шахматные машины в то время не обладали такой способностью и вместо этого должны были полагаться на свою способность заглядывать вперед и смотреть, что может случиться при каждом возможном ходе. Они использовали полный перебор, анализируя колоссальные числа ходов, вместо того чтобы сосредоточиться на определенном типе ходов, который сработал бы наверняка. Увеличение числа ходов, которые машина могла видеть одновременно, позволяло ей заглядывать намного дальше в будущее.

К февралю 1996 года команда IBM снова вызвала Каспарова на бой, в этот раз с Deep Blue. Хотя машина впервые обыграла чемпиона мира в обычном временном режиме, общий матч Deep Blue проиграл со счетом 4:2. Его 100 000 000 ходов в секунду было недостаточно, чтобы обыграть способность человека к выработке стратегии.

Чтобы увеличить число ходов, команда начала модернизацию машины, исследуя, как бы оптимизировать большое количество процессоров, работающих параллельно. Наконец, образовалась машина с 30 процессорами, которые, что очень важно, контролировали 480 кастомных интегральных схем, созданных специально для игры в шахматы. Этот кастомный дизайн позволил команде мощно оптимизировать параллельные вычисления между чипами. Результатом стала новая версия Deep Blue (Deeper Blue), способная находить 200 000 000 ходов в секунду. На каждую возможную стратегию машина могла просчитывать до 40 ходов наперед.

Параллельная революция

К тому времени, когда в мае 1997 года в Нью-Йорке состоялся матч-реванш, общественный интерес был уже на пике. Репортеры с камерами выстраивались в очереди и были вознаграждены картиной Каспарова, пылающего праведным гневом о своем поражении на пресс-конференции. Публичность матча также позволила получить лучшее представление о том, насколько далеко зашли компьютеры. Большинство людей даже и близко не имели представления, какое влияние технология Deep Blue окажется на дальнейшее развитие компьютеров, а главное, того, как наше общество использует данные.

Сегодня сложные компьютерные модели используются для поддержки банковских финансовых систем, разработки более совершенных автомобилей и самолетов и для испытания новых лекарств. Системы, которые штудируют большие массивы данных (часто их называют большими данными, или big data), ищут значимые паттерны в планировании общественных услуг, транспорте и здравоохранении и позволяют компаниям ориентировать рекламу на определенные группы людей.

Это очень сложные задачи, требующие быстрой обработки больших и сложных наборов данных. Deep Blue дал ученым и инженерам значительное представление о массивных параллельных многочиповых системах, которые сделали все это возможным. В частности, они продемонстрировали возможности компьютерной системы общего назначения, которая контролировала большое количество кастомных чипов, разработанных для конкретного применения.

Наука о молекулярной динамике, например, включает изучение физических движений молекул и атомов. Кастомные конструкции чипов позволили компьютерам моделировать молекулярную динамику и заглядывать вперед, чтобы увидеть, как новые лекарства могли бы реагировать в организме, подобно просчету шахматных ходов наперед. Моделирование молекулярной динамики помогло ускорить разработку успешных лекарств, некоторые из которых используются для лечения ВИЧ.

Для широких применений, таких как моделирование финансовых систем и интеллектуальный анализ данных, проектирование специализированных чипов для отдельной задачи в этих областях было бы чрезмерно дорогим. Но проект Deep Blue помог разработать методы кодирования и управления высокопараллельными системами, которые разбивают проблему на большое количество процессоров.

Сегодня многие системы обработки больших объемов данных используют графические процессоры вместо специализированных микросхем. Первоначально они были предназначены для создания изображений на экране, но также обрабатывали информацию с использованием параллельных процессоров. Сегодня их часто используют на высокопроизводительных компьютерах с большими наборами данных и для запуска мощных средств искусственного интеллекта. Здесь тоже очевидны сходства с архитектурой Deep Blue: специализированные чипы (построенные для графики), управляемые процессорами общего назначения, повышающие эффективность сложных вычислений.

Между тем мир шахматных игровых автоматов существенно развился со времен победы Deep Blue. Несмотря на свой опыт работы с Deep Blue, в 2003 году Каспаров согласился сразиться с двумя самыми известными шахматными машинами — Deep Fritz и Deep Junior. Оба раза ему удалось избежать поражения, хотя он все так же делал ошибки, которые приводили к ничьей. И все же обе машины обыграли своих оппонентов в 2004 и 2005 годах.

Junior и Fritz ознаменовали изменение подхода к разработке систем для компьютерных шахмат. В то время как Deep Blue был специально разработанным компьютером, полагающимся на грубую силу своих процессоров, анализирующих миллионы ходов, новые шахматные машины были программами, которые используют методы обучения для минимизации требуемых поисков. Это позволило им обойти метод грубой силы всего лишь с вычислительными возможностями обычного персонального компьютера.

Несмотря на этот прорыв, у нас все еще нет шахматных машин, которые напоминали бы человеческий интеллект в процессе игры — да им и не нужно. Люди совершают ошибки, потому что они эмоциональны и боятся за свою репутацию. Машины, с другой стороны, беспощадно используют логические расчеты в процессе игры. Однажды у нас могут появиться компьютеры, которые действительно думают по-человечески, но история последних 20 лет привела к развитию систем, которые точны в высокой степени исключительно потому, что являются машинными.