Кулькин, Анатолий Михайлович

17:53
Национальные программы развития технологии

3.1.3. Американская национальная программа развития нанотехнологии

 

3 декабря 2003 г. президент США Буш подписал принятый, конгрессом в январе того же года Закон о развитии исследований и разработок в области нанотехнологии в XXI в. С этого момента нанотехнология становится главным исследовательским приоритетом научно-технической политики нынешней американской админист­рации (6, с. 1). Попытки координировать исследования и разработки (ИР), проводившиеся федеральными министерствами и ведомствами в области нановеличин, т.е. на молекулярном и атомном уровнях (один нанометр равен миллиардной доле метра), начались еще в ноябре 1996 г., когда была организована неформальная меж­министерская группа, в рамках которой регулярно обсуждались планы работ и состояние конкретных программ. В сентябре 1998 г. эта группа получила официальный статус Межведомственной рабо­чей группы по нанотехнологии (Interagency working group for nanotechnology – IWGN), подчиненной Национальному научно-техническому совету (National science and technology council – NSTC). Рабочая группа провела целый ряд семинаров и исследований, позво­ливших определить состояние нанотехнологических ИР в стране и в мире, а также перспективы развития этой области знаний на бли­жайшие десятилетия. В работе принимали участие представители всех секторов науки США, а результаты предопределили выдвижение раз­вития данного направления в число приоритетных национальных задач. В августе 1999 г. IGWN подготовила проект плана националь­ной программы, который прошел экспертизу и согласование в Президентском совете консультантов по науке и технологии (President's council of advisors on science and technology) и в Бюро по определению научно-технической политики (Office of science and technology policy – OSTP). В итоге президент Клинтон в представлен­ном конгрессу проекте бюджета на 2001 г. выделил отдельной строкой Национальную нанотехнологическую инициативу (ННИ). После ее ут­верждения конгрессом рабочая группа была распущена и вместо нее организован подкомитет по нанотехнологии в составе Ко­митета по технологии NSTC, курирующего координацию и финанси­рование межведомственных исследовательских программ. В состав подкомитета вошли представители правительственных ведомств, за­нимающихся нанотехнологией, и OSTP. В качестве секретариата подкомитета был создан Координационный отдел (National nanotechnology coordination office – NNCO), на который возложено решение повседневных технических и административных вопросов и обеспечение контактов между правительственными организациями, исследовательскими вузами, промышленными предприятиями, про­фессиональными ассоциациями, иностранными учреждениями и т.д.

Окончательно организационные рамки ННИ, ее содержание и задачи оформлены упоминавшимся выше законом. Закон содержит десять разделов (sections). Первый и последний разделы – стандарт­ные. В первом устанавливается официальное название закона, а в последнем даются определения специфических терминов, использо­ванных в тексте. Термин «нанотехнология» определяется следующим образом: «Нанотехнология – это совокупность научных знаний и технологий, которые позволяют понимать, измерять, контролировать и осуществлять производственные процессы на атомном, молекуляр­ном и надмолекулярном уровнях с целью создания материалов, уст­ройств и систем с принципиально новыми молекулярными структурами, новыми свойствами и функциями». Во втором разделе определяются основные направления работ по программе, порядок управ­ления, планирования и отчетности. Задачами ННИ закон считает:

- определение целей, приоритетов и методов оценки состоя­ния исследований, разработок и прочих видов активности в области нанотехнологии, осуществляемых в стране на средства федерального правительства;

- финансирование ИР в данной области, направленных на достижение поставленных целей, предоставление грантов отдельным исследователям и междисциплинарным исследовательским коллек­тивам;

-    организацию сети пользователей перспективных технологий;

-    создание на конкурсной основе центров междисциплинар­ных нанотехнологических исследований; указанные центры должны взаимодействовать и сотрудничать, обмениваться технической ин­формацией и передовым опытом, привлекать к совместной работе университеты, государственные федеральные лаборатории, организа­ции, подведомственные отдельным штатам, а также промышленные фирмы; центры следует расположить так, чтобы ими были охвачены как можно более разнообразные регионы страны;

-    обеспечение глобального лидерства США в области развития и использования нанотехнологии;

-    повышение продуктивности американской производствен­ной базы и ее конкурентоспособности на основе стабильных, рацио­нальных и скоординированных капиталовложений в рассчитанные на длительную перспективу научные и инженерные исследования в об­ласти нанотехнологии;

-    ускорение внедрения результатов успешных нанотехнологи­ческих исследований в частный промышленный сектор, в том числе во вновь создаваемые фирмы соответствующего профиля;

-    особое поощрение междисциплинарных исследований и кооперации различных субъектов ИР в рамках нанотехнологических проектов;

-    содействие созданию эффективной образовательной базы для подготовки кадров исследователей и специалистов в области на­нотехнологии;

-    обеспечение должного внимания к этическим, юридическим, экологическим и прочим социальным аспектам нанотехнологических ИР, включая потенциальные возможности использования их резуль­татов для повышения уровня интеллекта человека или создания уст­ройств искусственного интеллекта, возможности которого превыша­ли бы возможности интеллекта человека; в рамках ННИ должна быть организована соответствующая подпрограмма, и проводимые по этой подпрограмме работы следует четко координировать с собственно нанотехнологическими ИР; достижения нанотехнологии должны способствовать повышению качества жизни всех американцев;

- содействие информированности как можно более широкой общественности о целях и содержании нанотехнологии, проведение общественных дискуссий и иных мероприятий информационно-просветительского характера.

Общее руководство программой возлагается на NSTC, который получает право организовать для этого специальную подгруппу. Последняя в течение 12 месяцев после вступления данного закона в силу должна разработать, а затем обновлять каждые три года, стратеги­ческий план выполнения поставленных перед программой задач. Особо подчеркнуто, что в этом плане необходимо предусмотреть ме­ханизмы передачи результатов работ из лабораторий в производство, систему поддержки перспективных междисциплинарных фундамен­тальных ИР и порядок финансирования межведомственных проек­тов. Подгруппе поручается также подготовка общего, включающего работы всех ведомств бюджета ИР в области нанотехнологии для представления его в Бюджетное управление конгресса, чтобы «обес­печить сбалансированный портфель исследований и достаточный уровень их финансирования». Отдельный план должен быть разрабо­тан для привлечения к работам малых и средних предприятий через администрацию малого бизнеса и ее программы. Закон обязывает NSTC ежегодно представлять в сенатский Комитет по торговле, науке и транспорту, а также в Комитет по науке палаты представителей и другие заинтересованные комитеты конгресса отчет, включающий подробный, разбитый по ведомствам и видам работ бюджет текущего финансового года, столь же подробный проект бюджета на следующий финансовый год, анализ состояния работ по программе и оценку выполнения плана отдельными правительственными ведомствами. В отчете должна быть показана степень участия предприятий малого и среднего бизнеса с указанием объема выполняемых ими ИР.

Третий раздел Закона устанавливает порядок координации работ. Президенту поручается организовать Национальное координационное бюро по нанотехнологиям (National nanotechnology coordination office) во главе с директором и определить необходимую численность сотрудников с полным рабочим днем. Через 30 дней после вступления закона в силу директор Управления научно-технической политики в администрации президента должен доложить заинтересованным комитетам обеих палат конгресса о выполнении данного поручения и о финансовом обеспечении работы Бюро. Кроме координации деятельности федеральных министерств и ведомств, Бюро возьмет на себя функции организации, налаживающей контакты между правительственными учреждениями, с одной стороны, и университетами, промышленными фирмами, профессиональными обществами, программами развития нанотехнологий в отдельных штатах, заинтересованными группами представителей общественности и т.д. с целью обмена опытом и информацией – с другой. Ему также поручается содействовать внедрению опыта работы и результатов ИР как в правительственных организациях, так и в промышленности, включая новые малые фирмы.

Четвертый раздел предусматривает организацию Национального консультативного совета по нанотехнологиям (National nanotechnology advisory panel). Создать или назначить такой Совет поручается президенту. В состав Совета должны входить главным образом представители университетской науки и промышленности. Члены Совета в своей совокупности должны иметь опыт исследовательской работы в области нанотехнологии, опыт разработки и демонстрации соответствующих изделий, опыт работы в области образования, передачи технологий, коммерциализации разработок, а также изучения социальных и этических аспектов ИР. Задачей Совета является консультирование президента и руководящих органов программы по следующим вопросам:

-   каковы тенденции и направления развития нанотехнологии и ее применения;

-   насколько успешно выполняется программа, нет ли необходимости ее пересмотра;

-   достаточно ли сбалансировано развиваются разные компоненты программы, в том числе с точки зрения их финансирования;

-    в какой мере намеченные планы и выбранные приоритеты содействуют поддержке американского мирового лидерства в данной области;

-    насколько успешно функционирует система руководства программой и ее координации;

-    уделяется ли достаточное внимание социальным и этическим проблемам.

Консультативный совет должен не реже одного раза в два фи­нансовых года представлять президенту отчет о своей работе. Жало­вания членам Совета за участие в его работе не предусматривается, но командировочные расходы для тех, кто живет вне Вашингтона, долж­ны оплачиваться так же, как они оплачиваются государственным служащим.

Пятый раздел Закона предусматривает еще одну форму кон­троля за ходом выполнения программы. Директору Национального координационного бюро поручается заключить соглашение с Нацио­нальным исследовательским советом Национальной академии наук о том, чтобы последний проводил раз в три года оценку работ. В Законе перечисляются общие аспекты, подлежащие проверке и оценке с вы­дачей рекомендаций по совершенствованию организации работы и дополнению программы новыми направлениями ИР, изменениям бюджета и т.п.

Особо Закон выделяет два круга вопросов. Во-первых, в первом же из отчетов Национального исследовательского совета должна быть определена принципиальная техническая возможность использова­ния «самосборки» молекул для изготовления материалов и устройств на молекулярном уровне. Во-вторых, в том же отчете следует оценить необходимость установления стандартов или иных обязательных ог­раничений на разработку некоторых направлений нанотехнологии, в том числе на создание самовоспроизводящихся наноразмерных ма­шин и иных устройств, на распространение подобных устройств в естественной среде, на использование нанотехнологии в военных це­лях, а также в целях повышения уровня человеческого интеллекта или создания интеллекта искусственного. Первый отчет должен быть представлен не позже 10 июня 2005 г., а впоследствии – каждые три года.

Шестой раздел Закона определяет объемы финансирования основных участвующих в Программе правительственных ведомств для выполнения связанных с нею задач. Соответствующие данные представлены в табл. 1.

Таблица 1

Средства, выделяемые на реализацию ННИ,

(2005-2008 гг.), млн. долл.

 

 

2005 г.

2006 г.

2007 г.

2008 г.

Национальный научный фонд

385

424

449

476

Министерство энергетики

317

347

380

415

НАСА

34,1

37,5

40,0

42,3

Национальный институт стандартов

68,2

75,0

80,0

84,0

Агентство по охране окружающей среды

5,5

6,05

6,413

6,8

 

Как видно из таблицы, самые крупные суммы были выделены ННФ, т.е. на фундаментальные исследования.

В седьмом разделе Институту стандартов и технологии предписывается организовать специальную программу фундаментальных ИР для создания средств метрологического обеспечения, контроля качества и надежности разрабатываемых в рамках ННИ устройств и систем. Кроме того, Институту поручается использовать курируемую им программу производственного партнерства (Manufacturing extention partnership programme) для вовлечения в работы по ННИ предприятий малого и среднего бизнеса. Этот же институт должен служить информационным центром по вопросам коммерциализации результатов нанотехнологических ИР, аккумулировать и распространять положительный опыт отдельных штатов, федеральных лабораторий, университетов и частных фирм.

Восьмой раздел содержит поручение Министерству энергетики включить в программу своих работ поддержку консорциумов, организуемых на конкурсной основе для выполнения междисциплинарных нанотехнологических ИР. На эти цели Министерство должно ежегодно выделять 25 млн. долл. из отпущенных ему на работы по ННИ средств. Министерству также поручается развернуть работы по созданию средств инструментального обеспечения нанотехнологических исследований.

Девятый раздел предусматривает организацию еще двух специализированных центров. Первый из них – Центр готовности США к использованию нанотехнологий (American nanotechnology preparedness center) – должен проводить и координировать изучение социальных, этических и правовых аспектов нанотехнологических ИР, а кроме того, – вопросов образования и подготовки кадров для работ в данной области. Второй центр – Центр по проблемам произ­водства наноматериалов (Center for nanomaterials manufacturing) – должен проводить, поддерживать и координировать ИР, направлен­ные на создание материалов с новыми характеристиками прочности, плотности, огнеупорности и т.д., а также новых видов мембранных фильтров.

 

3.1.4. Японская национальная программа разработки

«Системы обработки образной информации»

(Pattern information processing system – PIPS)

 

Хронологически это второй из крупных проектов, направленных на развитие электроники и вычислительной техники в Японии.

Использованные в ходе осуществления PIPS организацией принципы и процедуры могут с полным основанием рассматриваться как типичные для всех кооперированных проектов Министерства внешней торговли и промышленности (МВТП), а накопленный за время работы над ним опыт во многом определил как содержание, так и формы проведения программ, разрабатываемых Японией в области информационной технологии в последующие периоды.

В качестве главной технической цели проекта, как явствует из его названия, было выбрано создание современных систем распознавания образов, обработки и представления образной информации. Решение весьма ответственное, поскольку фактически речь шла об определении стратегической задачи важнейшей области техники на достаточно длительный период. Чем руководствовалось МВТП, выдвигая данную проблему во главу угла основной программы разра­ботки информационной техники на 70-е годы? Во-первых, конечно, собственным опытом, приобретенным за предшествующее десятилетие, в частности при выполнении проекта «Электронного компьютера с особо высокими эксплуатационными характеристиками». Имен­но работа с образной информацией (графической, звуковой) вызвала здесь наибольшие трудности, причем уже примерно на половине пу­ти стало очевидно, что за оставшиеся годы преодолеть их не удастся. Во-вторых, результатами анализа состояния и направлений исследо­ваний по вычислительной технике, выполнявшихся за рубежом, в первую очередь в США. Производители вычислительной техники, включая IBM, а также университеты и исследовательские центры, – указывало МВТП, – с энтузиазмом работают над созданием систем обработки образной информации, ориентированных на практическое применение. Учитывая эти обстоятельства, Япония должна предпри­нять решительные аналогичные меры. В противном случае она окажется позади IBM и других производителей информационной техники, что серьезно затормозит формирование в Японии информационно-ориентированного общества». Подчерк­нем, что, выбирая цели ИР на 70-е годы, МВТП ориентируется не на текущий момент, а на долгосрочную перспективу, заглядывая в сле­дующее за планируемым десятилетие. Наконец, решающую роль при определении технических целей PIPS сыграло, конечно, само содержание выбранной проблемы. Она по существу охватывает весь спектр наиболее актуальных вопросов развития электронно-вычислительной техники 70-х годов – от разработки новой элемент­ной базы до специализированных моделей электронно-вычислительных машин (ЭВМ) различного назна­чения. Она же является одной из важнейших составных частей про­блематики «искусственного интеллекта». Все это позволяет рассмат­ривать обработку образной информации как ключевое звено развития электронно-вычислительной техники в период действия проекта PIPS, способное, в случае успеха, потянуть за собою всю «компьютерную цепочку».

Официально датой начала работ над проектом считается 1971 год. Однако подготовительная деятельность началась значительно раньше. Первые контакты по этому вопросу между соответствующим подразделением МВТП (оно называется Machinery and information industries bureau – Бюро по машиностроению и информационной промышленности) и потенциальными участниками проекта – част­ными фирмами, Японской ассоциацией развития электронной про­мышленности (Japan electronic industry development association – JEIDA), электротехнической лабораторией МВТП (Electrotechnical laboratory – ETL) были установлены еще в 1968 г. В 1969 г. ETL разра­ботала предварительную концепцию PIPS и представила ее на рас­смотрение заинтересованным фирмам. Однако последние, обсудив, каждая в отдельности, эту концепцию со своими специалистами, отклонили предложение ETL на том основании, что оно слишком академично и не нацелено на полу­чение прикладных результатов, которые можно было бы быстро реа­лизовать в коммерческих целях. Тогда МВТП предложило фирмам сформулировать свои варианты программы работ. В поступивших от фирм документах акцентировались в основном две проблемы: усо­вершенствование интерфейса «человек-машина» и разработка новых базовых элементов – интегральных схем. После тщательного анализа этих предложений специалистами МВТП в конце 1969 г. в составе Комитета крупномасштабных проектов, курирующего программу в целом, был организован Подкомитет проекта PIPS из 12 авторитетных специалистов под председательством профессора Нагано из Токийского университета. Перед подкомитетом поставили задачу на основе всех предварительных материалов подготовить глобальный план проекта PIPS.

В 1970 г. такой план был разработан. Наряду с подробной структурой тематики ИР он содержал обзор состояния информаци­онной технологии в США и в Европе, каталог целей, предложения по бюджету проекта и по составу участников работы. Далее последова­ли неофициальные консультации между МВТП и министерством финансов. Последнее не согласилось с наметками бюджета и, со сво­ей стороны, определило приемлемый объем государственного финан­сирования. Это повлекло за собой новую серию консультаций между всеми участниками подготовительного процесса и переработку плана с учетом наложенных министерством финансов ограничений. Новый вариант был представлен финансистам и получил их одобрение. Общий объем государственной субсидии предусматривался на уров­не 35 млрд. иен. Это в три раза больше, чем выделялось на проект «электронный компьютер» в 1966 г., и в пять раз больше бюджета само­го объемного из других крупномасштабных проектов, разрабаты­вавшихся под эгидой МВТП одновременно с PIPS. Цифры наглядно свидетельствуют, сколь большое значение придавалось данному проекту не только министерством внешней торговли и промышленности, но и правительством в целом. Правда, оно не нашло возможным полностью принять на себя все издержки. Фирмы-участники должны были покрыть 40% расходов на содержание своего исследовательско­го персонала, занятого в кооперации, a ETL – все 100%. Проект на­мечалось завершить в течение восьми лет, к концу 1978 г. Летом 1971 г. полностью определился состав участников, и была сформиро­вана структура управления: МВТП образовало Комиссию крупно­масштабного проекта PIPS (Large scale project commission), назначило главного администратора (senior officer) и технического менеджера (technical project manager), то есть главного конструктора. На этом подготовительная стадия завершилась.

Отметим характерную для такого рода японских программ длительность подготовительного периода, занявшего примерно три года. И дело тут не только и даже не столько в сложности тематики или желании доработать ее как можно подробнее. Эту задачу подко­митет Нагано решил менее чем за год. Основное время ушло на не­формальные консультации и обсуждения как внутри организаций, включившихся в подготовительный процесс, так и между ними, на достижение знаменитого японского консенсуса – единства мнений всех участников по обсуждаемой проблеме, являющегося результа­том приемлемых для них компромиссов. Иного пути по сути дела и не существует. Ведь ре­шить вопрос приказом ни у одной из сторон возможности практически нет. Японское правительство не управляет промышленными ИР путем финан­сирования или в директивном порядке, скорее здесь существует вза­имное партнерство между звеньями государственного аппарата и секторами промышленности, основанное на прагматических решени­ях, взаимном уважении, согласованной деятельности, направленной на достижение общих целей.

Какой потенциал удалось привлечь к осуществлению програм­мы и как выглядел в окончательном варианте согласованный план работ? В состав участников-исполнителей вошли две исследователь­ские организации и десять промышленных фирм. Первая исследова­тельская организация – это ETL. ставшая основным научным цен­тром всего проекта. Второй исследовательской организацией был частный институт фирмы «Matsushita» – Matsushita research Institute. Tokkx Inc. В 1971 г. его капитал составлял 500 млн. иен. Институт специализировался на выполнении для японских и зарубежных за­казчиков контрактных разработок в области электронных компонен­тов, материалов для них, системного анализа, а также на продаже патентов и ноу-хау фирмы «Matsushita». Штат института – около 200 сотрудников. В проекте PIPS эта организация участвовала в качестве разработчика опто-акустических устройств систем обработки инфор­мации.

Краткая характеристика промышленных фирм-участников: пять из них, образующих как бы основную группу, являются ведущими в Японии изготовителями электронных систем, в том числе ЭВМ. Это – «Fujitsu», «Toshiba», «NEC», «Hitachi», «Mitsubishi electric». Остальные (группа поддержки) занимаются производством отдельных электронных схем и материалов для их изготовления. Если между этими группами фирм конкуренции практически нет, то внутри каждой группы оказались давние и яростные соперники за лидерство на японском и международном рынке электронной техники.

Академический сектор был представлен не организациями, а лишь отдельными учеными, которых ETL привлекала к работе на различные сроки, выплачивая им соответствующие стипендии. Кроме того, в рамках проекта была организована так называемая «Программа исследователей-визитеров» (Visiting researchers programme), предусматривавшая возможность приглашать зарубежных специалистов на контрактной основе для разработки отдельных конкретных тем. Всего по приглашениям в исследованиях приняли участие около 100 ученых-иностранцев.

В общем, привлеченный к выполнению проекта PIPS научно-исследовательский и производственный потенциал объединил все лучшие силы, которыми располагала в данной области Япония в рассматриваемый период. В ходе работ он не был постоянным, и число фирм-участников, и объемы правительственного финансиро­вания менялись по разным причинам, но на протяжении всего деся­тилетия PIPS оставался самым крупным мероприятием МВТП по развитию национальной информационной технологии.

Тематический план работ (вариант 1971 г.) содержал четыре основных раздела: 1) распознавание образов, 2) компоненты и мате­риалы, 3) обработка информационных образов и 4) создание прото­типа системы. В каждом разделе выделялись конкретные темы и под­темы, расписанные по срокам выполнения и исполнителям. Работы теоретического, фундаментального характера возлагались главным образом на ETL и составляли примерно треть общего объема ИР. Прикладные исследования, разработки макетов и прототипов подсистем, а затем и интегрированного прототипа всей системы в целом брали на себя промышленные фирмы первой «пятерки». Менее круп­ные фирмы участвовали только в создании некоторых видов элек­тронных компонентов на начальной стадии осуществления проекта.

Какие ставились цели? В первую очередь, решение задачи обработки знаков японской письменности. Она, как известно, использует заим­ствованную из Китая иероглифику и два варианта алфавита – катакана и хирагана. В силу специфики этого письма оно с очень боль­шим трудом поддается механизации и автоматизации. Задача тут во много раз сложнее, чем в системах, использующих только фонетиче­ские алфавитные знаки. Поэтому даже к началу 70-х годов большин­ство документов в Японии писалось почти всегда от руки. Пишущие машинки с иероглифической клавиатурой хотя и существовали, но популярностью не пользовались, так как обращаться с ними было слишком трудно. В рамках проекта PIPS ставилась задача автомати­зировать обработку и воспроизводство как печатных, так и рукопис­ных японских текстов.

Далее, предполагалось создать системы, способные работать и с другими информационными образами – произвольными черно-белыми плоскими изображениями, такими же цветными изображе­ниями, трехмерными объектами и звуковой речью. Всего, таким образом, шесть типов образной информации, охватывающие основную проблематику данного направления информационно-вычислительной техники.

В процессе реализации проекта PIPS можно выделить четыре основных этапа, отличающихся как по техническому содержание работ, так и по организационным формам кооперации участников.

Первый, наиболее длительный этап, охватывает период с июля 1971 по март 1977 г. За это время решались задачи создания новых микросхем и экспериментальных образцов (pilot models) различных подсистем распознавания и обработки информационных образов. Первоначально намечалось завершить первый этап в 1975 г. Однако после первых лет исследований выяснилось, что необходимо внести принципиальные изменения в основную концепцию разрабатывае­мой системы. В 1971 г. она была задумана как строго централизо­ванная, базирующаяся на использовании одного мощного суперком­пьютера. Иного решения при достигнутом на то время уровне мощ­ности интегральных схем быть не могло. Но к 1973 г. ситуация коренным образом изменилась. За несколько лет интегральные схемы стали несравнимо компактнее, производительнее и дешевле, Появилась реальная возможность заменить суперкомпьютер сетью неболь­ших, но достаточно мощных микрокомпьютеров и построить всю систему как распределенную, децентрализованную. Именно в этом направлении развивались конструкции ЭВМ и в других странах. Очевидные преимущества децентрализованной схемы как с техниче­ской, так и с экономической точки зрения вынудили руководителей проекта PIPS и его участников отказаться в 1974 г. от исходно намеченной структуры и соответственно откорректировать планы работ и объемы финансирования, их урезали на 13 млрд. иен. Откорректированный план был выполнен в намечренные сроки, и в 1977 г. появились экспериментальные образцы подсистем, отвечающие новым требованиям. На этом первый этап завершился.

Интересно отметить, что помимо прямых, запланированных результатов, он принес и несколько побочных, которые никакими планами не предусматривались. Важнейший из них – организация нового исследовательского проекта, как бы «отпочковавшегося» в 1976 г. от проекта PIPS и продолжившего разработку новых элек­тронных компонентов и технологических приемов их изготовления теперь уже в качестве самостоятельной, основной цели. Проект был назван «VLSI-project» (Very large-scale integration – очень большая степень интеграции) и продолжался четыре года (1976-1980). В нем принимали участие все пять фирм ведущей группы проекта PIPS, две фирмы – производителя микросхем и две правительственные лабора­тории – ETL и Лаборатория телекоммуникаций. Первая из них принадлежит МВТП, а вторая – общественной корпорации «Nippon Telephone and Telegraph Corp». Уже через два года, в 1978 г., четыре из фирм – участниц проекта вышли на американский рынок с мик­росхемами памяти емкостью 16 К с произвольным доступом (RAM – random access memory). По тем временам это были схемы, соответст­вовавшие самому передовому техническому уровню, а стоили они у японских фирм значительно дешевле, чем у американских. К 1981 г. появились аналогичные японские схемы следующего поколения – 64 К RAM и фирмы = участники VLSI проекта – захватили 70% миро­вого рынка данного типа микросхем.

Одновременно вторая «ветвь» проекта завершилась созданием первой в мире микросхемы 128 К RAM, специально предназначенной для телекоммуникационных систем.

Эти примеры хорошо иллюстрируют гибкость технической по­литики Министерства внешней торговли и промышленности (МВТП). Оно сумело вовремя уловить ведущую тенденцию развития элементной базы ЭВМ, перегруппировать силы и сосредоточить их в нужный момент на решающем участке. Проект VLSI стал первой японской исследовательской программой, о которой заговорил весь мир.

Второй этап работы над реализацией проекта PIPS начался весной 1977 г. и продолжался два года, до весны 1979 г. В нем уча­ствовали уже только пять фирм – производителей электронных сис­тем и ETL. Фирмы, занимавшиеся разработкой компонентов, и ис­следовательский институт Matsushita вышли из кооперации в конце 1973 г., а фирма «Sanyo» – в 1977 г. Это объясняется изменением технических целей и характера работы: новые микросхемы были раз­работаны и освоены, экспериментальные образцы подсистем были созданы, теперь следовало превратить их в части единого целого – доработать конструктивно и снабдить необходимыми интерфейсами для стыковки. Для решения этих задач организационная структура, использовавшаяся на первом этапе, когда каждая фирма работала отдельно по своему контракту с МВТП, уже не подходила, новое содер­жание работ требовало более тесного взаимодействия сотрудничав­ших организаций. Была основана «Инженерная исследовательская ассоциация PIPS» (Engineering research association of PEPS), беспри­быльная организация, объединившая фирмы «Toshiba», «NEC», «Hitachi», «Fujitsu» и «Mitsubishi». Эта ассоциация и получила от МВТП контракт на подготовку подсистем к интеграции в единый прототип. За 1977-1979 гг. подсистемы были подготовлены к сты­ковке. Создание ассоциации интенсифицировало контакты между отдельными группами разработчиков, но все же в полном смысле коллективного, совместного труда не было – каждая группа работала на своей фирме, общаясь с остальными на совместных заседаниях и обсуждениях примерно так же, как это делалось в рабочих группах на первом этапе.

Дальнейшее «сплочение сил» характерно для следующего, третьего периода, занявшего 18 месяцев, с весны 1979 г. до конца лета 1980 г. Цель его – интегрировать разработанные подсистемы в единое целое, создать и отладить прототип новой ЭВМ. На это время была сформирована группа исследователей из 150 человек, которая работала в одном центре – «Ikebukuro sunshine building» в Токио. Правда, одновременно здесь трудилось обычно не более 80 человек так как примерно половина членов группы командировалась для работы над проектом лишь в определенные дни недели, а остальное время были заняты на своих фирмах.

К началу осени 1980 г. работы третьего этапа PIPS завершились, новая многоцелевая система обработки информационных образов в виде работающего прототипа была представлена общественности на специальной конференции «Международной федерации по проблемам обработки информации» (Internaional federation for Iinformation processing).

Заключительный четвертый этап проекта PIPS, продолжавшийся до марта 1981 г., был отведен для подведения итогов. Небольшая группа исследователей из 20 человек провела всесторонние испытания прототипа. Фирмы – участницы кооперации и ETL составили подробные отчеты о всей проделанной работе. Результаты были рассмотрены и оценены как самой «Инженерной исследовательской ассоциацией PIPS», так и в консультативных и наблюдательных органах – «Комиссии крупномасштабного проекта» и «Подкомитете оценки» Совета по промышленной технологии. Ассоциация и сам проект прекратили свое существование. Каковы же итоги выполнения проекта?

Формально основным результатом был действующий прототип многофункциональной ЭВМ для обработки образной информации. Он состоял из шести блоков распознавания образов, пяти обрабатывающих блоков, общего контрольно-управляющего устройства и быстродействующей кольцевой системы связи, объединявшей все блоки и обеспечивавшей их согласованное взаимодействие. Весь комплекс в целом не был ориентирован на прямое коммерческое применение. Но каждый из входивших в него блоков сам по себе являлся по существу самостоятельной ЭВМ, и по частям, так сказать, россыпью созданная по проекту PIPS система была реализована очень широко и успешно. Причем реализация проходила не только после завершения совместных работ, но и раньше, в ходе их выполнения. Ведь фирмы – участницы проекта задействовали в нем лишь некоторую часть своего научно-технического потенциала. Все они в соответствии со своей специализацией, опытом и исследовательским заделом параллельно с коллективными ИР активно продолжали собственные раз­работки. И как только возникала возможность применить что-либо из совместно созданных новинок в коммерческих целях, скомбини­ровать их со своими оригинальными находками, эта возможность использовалась незамедлительно.

Так было, например, при создании блоков распознавания зна­ков японской письменности. ETL совместно с фирмой «Fujitsu» соз­дала представительный банк данных и на основе разностороннего статистического анализа графических элементов, сочетание которых образует иероглифы, алфавитные знаки и цифры, разработала базо­вый алгоритм автоматического чтения. На основе этого алгоритма фирма «Toshiba» создала свою версию, приспособленную к чтению печатных знаков, и, применив оригинальный оптический прибор для считывания текста, уже в 1976 г. закончила опытный образец маши­ны, способной опознать, классифицировать и переработать более 2 тыс. иероглифов. Скорость считывания составляла 100 знаков в се­кунду, а точность опознания – 98,4%. В следующей модификации точность была повышена до 99,9%.

Тем временем «Fujitsu» сконцентрировала усилия на автомати­зации чтения рукописных алфавитных текстов и тоже в 1976 г. суме­ла создать опытный образец машины. В 1978 г. она уже вышла с этой техникой на рынок, предложив ЭВМ, считывающую 400 знаков в секунду с точностью 99%. При этом машина включала в себя сис­тему постоянного «самообучения»: возможность вводить в ее «сло­варь» деформированные знаки, приспосабливать его к индивидуаль­ным особенностям почерка. Эти знаки запоминались и обрабатывались впоследствии наряду с «нормальными».

В общем, в ходе работ над проектом PIPS проблема обработки письменной информации была успешно решена. Созданы были даже в какой-то мере экзотические варианты таких систем. Например, фирма «Toshiba» разработала ЭВМ, которая считывает японский текст, написанный иероглифами и алфавитными знаками (как пра­вило, японцы пользуются теми и другими одновременно, изображая одни слова иероглифами, а другие, особенно заимствованные из западных языков, – буквами), и преобразует его в текст для слепых, который печатается специальной пишущей машинкой. A «Fujitsu» выпускает ЭВМ, специализированную на обработке рукописных анкет, заполняемых при различных статистических обследованиях, в частности при переписях населения.

На основе разработанных в ходе проекта PIPS устройств были созданы и ряд сложных систем, автоматизирующих не только чтение и воспроизводство текстов, но и их смысловую обработку. Примером может служить система накопления, автоматического поиска и выдачи патентной информации. Система позволяет ввести в ЭВМ печатные или рукописные тексты патентов, переработать их в алфавитную форму, рассортировать с помощью ключевых слов и заложить в банк данных вместе с необходимыми чертежами и схемами. По письмен­ному запросу машина подбирает требуемые патенты и выдает на дисплей или печатающее устройство их текстовое и графическое содержание. Здесь уже используются не только блоки обработки текстов, но и устройства распознавания и обработки произвольных черно-белых изображений. И в этой области, а также в области обработ­ки цветных изображений проект PIPS дал положительные результа­ты. На их основе была создана, например, автоматическая система опознавания, накопления, хранения и выдачи черно-белых и цвет­ных фотографий, получаемых с искусственных спутников Земли. Другим примером является система автоматического анализа рентге­новских изображений и поиска на них заранее заданных по форме и размерам объектов. Такую систему фирма «Toshiba» выпустила в продажу для оснащения устройств контроля багажа в современных аэропортах. Распознавание и анализ цветных изображений находит эффективное использование в медицинской аппаратуре. В частности, фирма «Mitsubishi electric» разработала машину для измерений диаметров кровеносных сосудов человека и поиска образований типа тромбов в артериях и венах.

Успешно были решены и некоторые задачи идентификаций и моделирования трехмерных объектов. Наилучших результатов добилась фирма «Hitachi», сосредоточившая свои усилия на обработке информации о двух типах изделий – в форме куба или квадратного параллелепипеда. Хотя сами по себе такие формы с прямолинейны­ми гранями в идеализированных условиях опознаются сравнительно просто, в реальных ситуациях, при их произвольном расположении в пространстве и разных размерах автоматически выделить конкрет­ный объект, отличить его от фона довольно сложно.

За 1973-1976 гг. «Hitachi» удалось создать образец, способный опознать и локализовать объекты-кубики в поле зрения видеокамеры (256 х 256 точек) с высокой скоростью, по 0,002 сек. на объект. И вскоре фирма вышла на рынок с гаммой автоматических систем для складского хозяйства, где широко используются всяческие коробки, ящики, со­суды в виде кубиков разных размеров.

Что касается последнего из видов образней информа­ции, являвшейся объектом исследований в проекте PIPS, – звуковой речью, то результаты в этой области аналогичны итогам работы с трех­мерными объектами – универсального, полного решения добиться не удалось, но некоторые частные, ограниченные задачи были разреше­ны вполне успешно.

Фирма NEC создала машину, распознающую ограниченный набор слов по одной определенной теме, причем для любого (в разумных пределах) произношения – женского, мужского, с местным акцентом и т.п. Изготовленный в 1971 г. образец мог опознать 100 отдельно произносимых слов. При испытаниях слова произносились сорока различными голосами, мужскими и женскими, в общей сложности 5 тыс. раз. Машина распознала их с точностью 99,1%. Следующая модификация, изготовленная в 1980 г., могла опознать уже 200 слов с той же точностью. Одно из первых конкрет­ных применений было реализовано в службе заказа билетов государ­ственных железных дорог. Заказы поступали по телефону, машина принимала их, анализировала возможность удовлетворения и давала ответ на японском языке.

Как видим, в рамках проекта PIPS удалось существенно про­двинуться по всем основным из намеченных планом направлений. Дополнительно следует учесть успехи в создании новых электронных компонентов, своевременно подхваченные и развитые проекты VLSI. Кроме того, практически все блоки, использующиеся для обработки образной информации после ее опознания, являлись в значительной степени универсальными и могли найти применение во множестве других вычислительных систем. То же самое можно сказать и об устройствах быстродействующей связи, общего контроля и управле­ния, о периферийной аппаратуре. Наконец, никак нельзя сбрасывать со счетов тот исследовательский задел, который был создан в ходе выполнения проекта PIPS, но по разным причинам не нашел кон­кретной реализации и перекочевал в последующие научно-исследовательские программы. 


Категория: Парадигма современного научно-технического развития | Просмотров: 156 | Добавил: retradazia | Рейтинг: 5.0/2