第 5 世代コンピュータシステム

第五世代コンピュータシステム（FGCS、日本語：第五世代コンピュータ、ローマ字： 第五世代コンピュータ）は、1982年に日本の通商産業省（MITI）が開始した10年間の取り組みであり、超並列コンピューティングと論理プログラミングに基づくコンピュータを開発することを目的としています。このプロジェクトの目的は、スーパーコンピュータのようなパフォーマンスを備えた「画期的なコンピュータ」を作成し、人工知能の将来の進歩のためのプラットフォームを確立することでした。FGCSは時代を先取りしていましたが、その野心的な目標は最終的に商業的失敗につながりました。しかし、理論レベルでは、このプロジェクトは並行論理プログラミングの発展に大きく貢献しました。

「第 5 世代」という用語は、システムの高度な性質を強調するために選択されました。コンピューティングハードウェアの歴史では、コンピューターには 4 つの「世代」がありました。第 1 世代は真空管を使用し、第 2 世代はトランジスタとダイオードを使用し、第 3世代は集積回路を使用し、第 4世代はマイクロプロセッサーを使用しました。以前の世代では、1 つの CPU 内の論理要素の数を増やすことに重点が置かれていましたが、当時は、第 5 世代では大量の CPU を使用することでパフォーマンスが向上すると広く信じられていました。^{[引用が必要]}

背景

1960 年代後半から 1970 年代前半にかけて、コンピュータハードウェアの「世代」について盛んに議論され、当時は通常 3 世代に分けられていました。

第 1 世代: 熱電子真空管。1940 年代半ば。IBM はプラグ可能なモジュールに真空管を配置する先駆者でした。IBM 650 は第 1 世代のコンピュータでした。
第 2 世代: トランジスタ。1956 年。小型化の時代が始まりました。トランジスタは真空管よりもはるかに小型で、消費電力が少なく、発熱も少なくなっています。個別のトランジスタは回路基板にはんだ付けされ、相互接続は裏面のステンシルスクリーン印刷された導電パターンによって行われます。IBM 7090 は第 2 世代のコンピュータでした。
第 3 世代: 集積回路 (複数のトランジスタを含むシリコンチップ)。1964 年。先駆的な例として、IBM 360/91 で使用された ACPX モジュールがあります。このモジュールは、セラミック基板上にシリコン層を積み重ねることで、チップあたり 20 個を超えるトランジスタを収容しました。チップを回路基板上にまとめて配置することで、これまでにないロジック密度を実現しました。IBM 360/91 は、第 2 世代と第 3 世代のハイブリッドコンピュータでした。

この分類では、金属ギア ( IBM 407など) または機械式リレー (Mark I など) に基づく「第 0 世代」コンピュータと、超大規模集積回路 ( VLSI ) 回路に基づく第 3 世代以降のコンピュータは除外されています。

ソフトウェアにも、並行した世代がありました。

第一世代:機械語。
第2世代:アセンブリ言語などの低レベルプログラミング言語。
第3世代: C、COBOL、FORTRANなどの構造化された高水準プログラミング言語。
第4世代：「非手続き型」の高水準プログラミング言語（オブジェクト指向言語など）。^[1]

1970年代までの何世代にもわたり、日本は米国や英国に倣ってコンピュータを開発してきました。1970年代半ば、通商産業省は欧米に倣うのをやめ、小規模にコンピュータの将来を検討し始めました。通商産業省は、財団法人日本情報経済社会推進協会（JIPDEC）に将来の方向性をいくつか示してもらい、1979年には産業界や学界とともにより綿密な研究を行うために3年間の契約を結びました。この時期に「第5世代コンピュータ」という言葉が使われ始めました。

1970年代以前、通産省の指導により、鉄鋼産業の改善、石油タンカーの建造、自動車産業、家電製品、コンピュータメモリなどの成果がもたらされました。通産省は、将来は情報技術になると決定しました。しかし、日本語、特に書き言葉は、コンピュータにとって障害となり、現在もなお障害となっています。^[2]これらの障害の結果、通産省は専門家の支援を求める会議を開催しました。

この初期プロジェクトの主な調査分野は次のとおりです。

知識処理のための推論コンピュータ技術
大規模データベースや知識ベースを処理するコンピュータ技術
高性能ワークステーション
分散機能コンピュータ技術
科学計算用スーパーコンピュータ

プロジェクト開始

その目的は、並行論理プログラミングを使用して人工知能アプリケーション用の並列コンピュータを構築することでした。このプロジェクトは、論理プログラミング言語を使用して、超並列コンピューティング/処理を使用してデータを定義し、アクセスする、大規模なデータベース(従来のファイルシステムとは対照的)上で動作するスーパーコンピュータのようなパフォーマンスを持つ「画期的な」コンピュータを想定していました。彼らは、100M から 1G LIPS のパフォーマンスを持つプロトタイプマシンを構築することを構想しました。ここで、LIPS は1 秒あたりの論理推論です。当時の一般的なワークステーションマシンの能力は約 100k LIPS でした。彼らは、このマシンを 10 年間かけて構築することを提案しました。3 年間は初期の研究開発に、4 年間はさまざまなサブシステムの構築に、そして最後の 3 年間は実用的なプロトタイプシステムを完成させるというものです。1982 年に政府はプロジェクトを進めることを決定し、さまざまな日本のコンピュータ企業との共同投資により新世代コンピュータ技術研究所(ICOT) を設立しました。プロジェクト終了後、通産省は新しい「第 6 世代」プロジェクトへの投資を検討しました。

エフード・シャピロは、このプロジェクトを推進する根拠と動機を次のように述べている。^[3]

「日本がコンピュータ産業のリーダーになるための努力の一環として、新世代コンピュータ技術研究所は、知識情報処理システムに適用可能な大規模コンピュータシステムの開発に向けた革新的な10年計画を開始しました。これらの第5世代コンピュータは、論理プログラミングの概念に基づいて構築されます。日本は外国の知識を搾取しているだけで、自国の知識をまったく貢献していないという非難を反駁するために、このプロジェクトは独自の研究を刺激し、その成果を国際的な研究コミュニティに提供します。」

論理プログラミング

FGCSプロジェクトで定義された目標は、「知識情報処理システム」（大まかに言えば、応用人工知能）を開発することだった。この目標を実現するために選ばれたツールは論理プログラミングだった。論理プログラミングのアプローチは、創設者の一人であるマールテン・ヴァン・エムデンによって次のように特徴づけられた。^[4]

コンピューター内で情報を表現するためにロジックを使用すること。
ロジックを使用してコンピュータに問題を提示します。
これらの問題を解決するために論理的推論を使用します。

より技術的に言えば、次の 2 つの式にまとめることができます。

プログラム=公理の集合。
計算=公理からのステートメントの証明。

通常使用される公理は、ホーン節または定数値節と呼ばれる、制限された形式の普遍公理です。計算で証明されるステートメントは存在ステートメントです。^[要出典]証明は構成的であり、存在量化された変数の値を提供します。これらの値は計算の出力を構成します。

論理プログラミングは、コンピュータサイエンスのさまざまな分野 (ソフトウェアエンジニアリング、データベース、コンピュータアーキテクチャ、人工知能) を統合するものであると考えられていました。論理プログラミングは、知識工学と並列コンピュータアーキテクチャの間に欠けている重要なつながりであるように思われました。

結果

1970年代には民生用電子機器分野、 1980年代には自動車業界に影響を与え、日本人は強い評判を築いてきました。FGCSプロジェクトの開始により、並列コンピューティングこそがあらゆるパフォーマンス向上の未来であるという信念が広まり、コンピュータ分野に不安の波が生まれました。すぐに並列プロジェクトが米国でStrategic Computing InitiativeおよびMicroelectronics and Computer Technology Corporation (MCC)、英国でAlvey、ヨーロッパでEuropean Strategic Program on Research in Information Technology (ESPRIT)、およびミュンヘンのEuropean Computer‐Industry Research Centre (ECRC)として設立されました。ECRCは英国のICL、フランスのBull、ドイツのSiemensの協力によるものです。

このプロジェクトは1982年から1994年まで行われ、総額570億円弱（約3億2000万ドル）が費やされた。^[5] FGCSプロジェクトの後、通産省は大規模なコンピュータ研究プロジェクトへの資金提供を停止し、FGCSプロジェクトによって生み出された研究の勢いは消え去った。しかし、MITI/ICOTは1990年代に同様の資金レベルで、第6世代プロジェクトと呼ばれるニューラルネットプロジェクト^{[どのプロジェクトか？ ]に着手した。}^[6]年間の支出は、電子通信機器業界の研究開発費全体の1％未満であった。たとえば、プロジェクトの最高支出年は1991年の720万円であったが、IBM単独で1982年に15億ドル（3700億円）を費やし、業界全体では1990年に2億1500億円を費やした。^[5]

並行論理プログラミング

1982年、ICOT訪問中、エフード・シャピロは、論理プログラミングと並行プログラミングを統合した新しいプログラミング言語であるConcurrent Prologを発明しました。Concurrent Prologはプロセス指向言語であり、データフロー同期とガード付きコマンドの不確定性を基本的な制御メカニズムとして組み込んでいます。シャピロは、ICOT技術レポート003とマークされたレポートでこの言語について説明し、^[7] Prologで書かれたConcurrent Prologインタープリタを紹介しました。シャピロのConcurrent Prologに関する研究は、FGCSの方向性を、Prologの並列実装に重点を置くことから、プロジェクトのソフトウェア基盤として並行論理プログラミングに重点を置くことへと変更するきっかけとなりました。 ^{[3]これはまた、上田による並行論理プログラミング言語Guarded Horn Clauses (GHC)にも影響を与え、これが}KL1の基礎となり、最終的にFGCSプロジェクトによってその中核プログラミング言語として設計および実装されました。

FGCS プロジェクトとその成果は、並行論理プログラミング分野の発展に大きく貢献しました。このプロジェクトは、有望な日本の新世代の研究者を生み出しました。

商業的失敗

最終的に、5 台の並列推論マシン (PIM) が開発されました: PIM/m、PIM/p、PIM/i、PIM/k、PIM/c。このプロジェクトでは、並列データベース管理システムKappa、法的推論システムHELIC-II、自動定理証明器 MGTP、バイオインフォマティクスアプリケーションなど、これらのシステムで実行されるアプリケーションも開発されました。

FGCS プロジェクトは、 Lisp マシン企業やThinking Machinesと同様の理由により、商業的に成功しませんでした。高度に並列化されたコンピュータアーキテクチャは、最終的には、それほど特殊ではないハードウェア (たとえば、Sun ワークステーションやIntel x86マシン) によって速度で追い抜かれました。

主な問題は、並列コンピュータアーキテクチャと、 AIアプリケーションのための知識表現および問題解決言語としてのロジックの使用との間の橋渡しとして並行論理プログラミングを選択したことでした。これは決してきれいにはいきませんでした。多くの言語が開発されましたが、それぞれに限界がありました。特に、並行制約論理プログラミングのコミット選択機能は、言語の論理的意味論に干渉しました。^{[8]プロジェクトでは、コミット選択を使用すると}論理プログラミングの利点が大幅に打ち消されることがわかりました。^[要出典]

もう 1 つの問題は、既存の CPU パフォーマンスが 1980 年代に専門家が予想した障壁をすぐに克服し、並列コンピューティングの価値が低下して、しばらくの間、ニッチな状況でのみ使用されるようになったことです。プロジェクトの存続期間中、容量が増加するワークステーションが多数設計および構築されましたが、一般に、それらのパフォーマンスはすぐに、市販の「既製」ユニットに追い抜かれました。

このプロジェクトは、外部のイノベーションを取り入れることにも失敗しました。プロジェクトが存続する間に、GUI がコンピューターの主流となり、インターネットによってローカルに保存されたデータベースを分散できるようになり、単純な研究プロジェクトでさえ、データマイニングにおいてより優れた現実的な結果をもたらしました。^[要出典]

FGCSワークステーションは、汎用システムがそれらを置き換え、それを上回る性能を発揮できる市場では魅力がなかった。これは、CLIPSなどのルールベースのシステムが汎用コンピュータ上で実行でき、高価なLispマシンが不要になるLispマシン市場と似ている。^[9]

時代を先取り

まとめると、第五世代プロジェクトは革命的なものであり、将来の研究の方向性を先取りした基礎研究がいくつか達成された。多くの論文と特許が発表された。通産省は委員会を設立し、FGCSプロジェクトの成果がコンピューティングに大きな貢献を果たしたと評価した。特に並列処理ソフトウェアのボトルネックの解消と、大規模な知識ベースに基づくインテリジェントな対話型処理の実現が評価された。しかし、委員会はプロジェクトを正当化することに強く偏っていたため、実際の結果を誇張している。^[5]

第 5 世代プロジェクトで見られたテーマの多くは、現在、現在のテクノロジーで再解釈されています。これは、1980 年代に予測されたハードウェアの限界が 2000 年代にようやく到達したためです。CPUのクロック速度が3～5 GHz の範囲に移行し始めると、CPU の電力消費やその他の問題がさらに重要になりました。業界がこれまで以上に高速な単一 CPU システム (トランジスタ数が定期的に倍増するというムーアの法則に関連) を生産する能力が脅かされ始めました。

21 世紀初頭には、ローエンドのマルチコアアーキテクチャからハイエンドの超並列処理まで、さまざまな種類の並列コンピューティングが普及し始めました。一般的なコンシューマーマシンやゲームコンソールには、 Intel Core、AMD K10、Cellなどの並列プロセッサが搭載され始めました。Nvidiaや AMD などのグラフィックカード企業は、 CUDAやOpenCLなどの大規模な並列システムの導入を開始しました。

しかし、これらの新しい技術は FGCS の研究を引用していないようです。FGCS がこれらの開発を何らかの形で促進するために活用されたかどうかは明らかではありません。FGCS がコンピューティング業界に及ぼす重大な影響は実証されていません。^{[引用が必要]}

外部リンク

FGCS ミュージアム - 技術レポート、技術覚書、ハードウェア仕様、ソフトウェアなど、FGCS プロジェクトのほぼすべての成果物の大規模なアーカイブが含まれています。

参考文献

^ 「ロジャー・クラークのソフトウェア世代」。
^ J. マーシャル・アンガー『第五世代の誤謬』（ニューヨーク：オックスフォード大学出版局、1987年）
^ ab Shapiro, Ehud Y. (1983). 「第5世代プロジェクト - 旅行レポート」Communications of the ACM . 26 (9): 637–641. doi : 10.1145/358172.358179 . S2CID 5955109.
^ Van Emden、Maarten H.、Robert A. Kowalski。「プログラミング言語としての述語論理の意味論」Journal of the ACM 23.4 (1976): 733-742。
^ abc 小田切裕之;中村好明；渋谷ミノルル（1997）。「基礎研究の手段としての研究コンソーシアム：日本の第 5 世代コンピュータプロジェクトの事例」。研究方針。26 (2): 191–207。土井：10.1016/S0048-7333(97)00008-5。
^ 溝口文雄 (2013年12月14日). Prologとその応用: 日本の視点. Springer. p. ix. ISBN 978-1-4899-7144-9。
^ Shapiro E. Concurrent Prolog とそのインタープリタのサブセット、ICOT 技術レポート TR-003、新世代コンピュータ技術研究所、東京、1983 年。また、Concurrent Prolog: Collected Papers、E. Shapiro (ed.)、MIT Press、1987 年、第 2 章にも記載されています。
^ Carl Hewitt. 論理プログラミングにおける不整合の堅牢性 ArXiv 2009.
^ Hendler, James (2008年3月1日). 「Avoiding Another AI Winter」(PDF) . IEEE Intelligent Systems . 23 (2): 2–4. doi :10.1109/MIS.2008.20. S2CID 35914860. 2012年2月12日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。

本岡徹編 (1982) 第 5 世代コンピュータシステム (第 1 版) 北ホラント。doi : 10.1016/c2009-0-14415- x。ISBN 978-0-444-86440-6。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 日付と年 (リンク)
ファイゲンバウム、エドワード A.、マコーダック、パメラ (1987)。第 5 世代: 人工知能と日本のコンピュータの世界への挑戦(第 4 版)。マサチューセッツ州レディング: アディソンウェスレー。ISBN 978-0-201-11519-2。
Bramer, MA (Max A. ) (1984)。第五世代：注釈付き書誌。インターネットアーカイブ。イギリス、ウォキンガム；マサチューセッツ州レディング：Addison-Wesley。ISBN 978-0-201-14427-7。
第五世代コンピュータ・プロジェクト最終評価報告書 [第五世代コンピュータ・プロジェクト最終評価報告書] (1993年3月30日)

[1] 「ロジャー・クラークのソフトウェア世代」。

[2] J. マーシャル・アンガー『第五世代の誤謬』（ニューヨーク：オックスフォード大学出版局、1987年）

[EhudTrip-3] Shapiro, Ehud Y. (1983). 「第5世代プロジェクト - 旅行レポート」Communications of the ACM . 26 (9): 637–641. doi : 10.1145/358172.358179 . S2CID 5955109.

[4] Van Emden、Maarten H.、Robert A. Kowalski。「プログラミング言語としての述語論理の意味論」Journal of the ACM 23.4 (1976): 733-742。

[Odagiri-5] 小田切裕之;中村好明；渋谷ミノルル（1997）。「基礎研究の手段としての研究コンソーシアム：日本の第 5 世代コンピュータプロジェクトの事例」。研究方針。26 (2): 191–207。土井：10.1016/S0048-7333(97)00008-5。

[6] 溝口文雄 (2013年12月14日). Prologとその応用: 日本の視点. Springer. p. ix. ISBN 978-1-4899-7144-9。

[7] Shapiro E. Concurrent Prolog とそのインタープリタのサブセット、ICOT 技術レポート TR-003、新世代コンピュータ技術研究所、東京、1983 年。また、Concurrent Prolog: Collected Papers、E. Shapiro (ed.)、MIT Press、1987 年、第 2 章にも記載されています。

[8] Carl Hewitt. 論理プログラミングにおける不整合の堅牢性 ArXiv 2009.

[HendlerEditorial-9] Hendler, James (2008年3月1日). 「Avoiding Another AI Winter」(PDF) . IEEE Intelligent Systems . 23 (2): 2–4. doi :10.1109/MIS.2008.20. S2CID 35914860. 2012年2月12日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。