De impact van informatietechnologie

Prof.dr. Jan Bergstra
Directeur Instituut voor Informatica
Universiteit van Amsterdam

Twee ontwikkelingen in de Computer Science

Mijn vak is de informatica en daarin met name het deelgebied dat men vaak aanduidt met computer science. Het belang van dat vak vergt geen uitleg, de resultaten ervan zijn sinds 60 jaar met een onstuitbare opmars bezig. Op dat gebied doe ik theoretisch onderzoek. In de computer science is zonder aarzeling sprake van ten minste twee grote ontwikkelingen die ik hier beide wil noemen. Om te beginnen is er de miraculeuze ontwikkeling van de quantum computing. De kwantummechanica is al sinds jaar en dag de basis van de werking van de vele transistors in elke processor. In een transistor wordt gebruik gemaakt van toestandsovergangen die in klassieke elektronica moeilijk voorstelbaar zijn. Quantumcomputing exploiteert de fenomenen van de kwantummechanica echter op veel extremere wijze. Bij quantumcomputing wordt radicaal gebruik gemaakt van superpositie, vaak gevisualiseerd met Schroedingers kat die gelijktijdig dood en levend is, om componenten te maken die gelijktijdig de evolutie van vele toestanden doormaken om na enige tijd een interferentiepatroon op te leveren dat men kan uitlezen zodat gecombineerde informatie over deze verschillende evoluties uitzonderlijk snel beschikbaar komt. Quantumcomputing is een prachtig voorbeeld van een zaak die eerst in theorie en pas daarna in praktijk tot stand komt. De obstakels die overwonnen moeten worden zijn zodanig dat geen practicus zo’n aanpak zelfs maar zou overwegen. Maar wereldwijd wordt quantumcomputing in de experimentele laboratoria bestudeerd, het bestaat wel degelijk. Er zijn verschillende scenario’s voor de toepassing van quantumcomputing in omloop. Het scenario dat mij intrigeert is dat quantumcomputing een rol krijgt in de gewone en alomtegenwoordige processoren ter versnelling van berekeningen die men op dit moment nog klassiek in een vaste volgorde moet uitvoeren. Quantum computing is overigens uitgesproken kansrijk bij toepassingen in de cryptografie. Steeds weer blijkt dat wat kwantummechanische fantasie toelaat ook experimenteel bestaat.

Bij de tweede ontwikkeling wil ik langer stilstaan. Al vanaf de jaren 60 is duidelijk dat het programmeren van computers en het ontwerpen van algoritmen veel uitdagender wordt wanneer men rekening houdt met gelijktijdige uitvoering van instructies. Al weer 50 jaar wordt op vele wijzen theorie ontwikkeld over parallelle systemen. Nu was de moeilijkheidsgraad van het ontwerpen van parallelle algoritmen zo groot dat tot voor kort de beste strategie was om er helemaal geen tijd in te steken. Jaar in jaar uit zag men kans om de kloksnelheid van processoren te verhogen en op die manier werden zelfs de “domste” rekenmethoden jaar in jaar uit steeds sneller. Betere performance zonder hogere kwaliteit van de algoritmiek, een ideale wereld. Maar die ideale wereld is ten einde. Men kan de klok niet veel sneller meer krijgen zonder dat de afvoer van energie een groot probleem wordt en schade aan de chip een ernstig risico. Wie nu sneller wil rekenen moet op een enkele processor verschillende zogenaamde kernen plaatsen waarop men parallel kan rekenen. De zogenaamde multi-core processor. Vier cores is normaal voor een PC, maar 400.000 cores wordt normaal voor een mobieltje, het is gewoon iets waarop men nu kan wachten. Die rekenkracht uit te buiten vergt het van de grond af aan opnieuw ontwerpen van alle algoritmen die aan de moderne informatica ten grondslag liggen, een fenomenale taak. Wat vroeger leuke theorie was is nu de kritieke software technologie waarmee de producenten van computers men elkaar in competitie staan. Het sleutelbegrip is nu schaalbaarheid, dat wil zeggen het ontwerp van een programma op zodanige wijze dat het met toenemend aantal cores vanzelf sneller draait, ook bij gelijkblijvend aantal stappen per seconde voor iedere core. Een paradigmatisch stuk software is de Linux Kernel, de verzameling van programma’s die samen de belangrijkste onderdelen van het bedrijfssysteem Linux vormen. Linux is een product van de open software beweging, het heeft een ideologische achtergrond, maar de praktische impact is enorm, zo is Google Android een van de vele Linux-derivaten. Het wetenschappelijk perspectief is hier: het ontwerp van een volledig schaalbare Linux Kernel, bij voorkeur ook correct bewezen en daarmee toepasbaar op elk veiligheidsniveau. Dit gaat gebeuren, daaraan twijfel ik niet meer. Het project om daar te komen is zelf weer een wereldwijd parallel proces met tienduizenden deelnemers waarin verschillende organisatievormen met elkaar in competitie staan. Met alleen klassiek gestructureerde onderzoeksteams op universiteiten kom je er niet, met alleen bedrijfsmatig uitgevoerde research evenmin. Maar ook de oude ideologie van het planmatig programmeren volstaat niet, de menselijke fantasie moet veel beter worden ingezet. Overal moeten computers worden ingezet bij het ontwerp, zoals nu al bij een vliegtuig.

We kunnen beide perspectieven combineren. Dat leidt tot de multi-core kwantumcomputer en dat is m.i. is een redelijke fantasie. En wanneer zoiets als product volwassen is wordt dat ook een doorbraak in de praktijk. Welke praktijk dat wordt is onbekend. Wij weten op dit moment niet welke mate van intelligentie men in een klein apparaat zal kunnen realiseren, maar zeer aannemelijk is dat het einde van die ontwikkeling nog niet in zicht is. Dit leidt tot de derde vraag die werd gesteld: welke maatschappelijke implicaties zal dit alles hebben. In uw woorden, wat is de waarde voor de samenleving.

Wat is de waarde van uw vakgebied voor de samenleving?

Mijn antwoord op die vraag is ontwijkend. Ik meen dat de informatica een grotere impact heeft op de samenleving dan welke andere wetenschap ook. Die impact neemt alleen maar toe. Mij frappeert de ontwikkeling die zich voordeed nadat ik in 1985 hoogleraar informatica werd op de UvA: de PC, het internet, het WWW, de mobiele telefonie, de GPS, de beamer, de flat screen, thuis een hard disk, glasvezelnetwerken, sociale media, digitale toegang tot de bibliotheek, de boeken zijn de faculteit uit. Hiermee hebben we het allerminst gehad, de ontwikkeling gaat in hoog tempo verder. Maar de begrippen nut en waarde blijven hiermee niet ongemoeid. Deze begrippen komen toenemend via de digitale technologie tot ons. De ontwikkeling van de IT hebben wij niet in de hand, het is een illusie dat anders te zien. Dat met inzet van de IT waarden worden gerealiseerd zonder dat andere waarden worden geschaad is ook een illusie. Het beeld dat de IT leidt tot een betere wereld is een misverstand, maar voorgezette inzet van IT leidt wel tot een geheel andere wereld, en waar die ontwikkeling ogenschijnlijk traag en continu is, is er op termijn van decennia sprake van een aardverschuiving. Onderzoek en ontwikkeling in IT met de eerder genoemde highlights als belangrijke thema’s is allereerst een manier om deel te nemen in deze evolutie van “de westerse beschaving”. Die participatie is inmiddels zelf een doel, evenzeer als de participatie in het sterrenkundig onderzoek een doel is, en dat doel staat los van de maatschappelijke transformatie die door de inzet van verbeterde IT wordt bereikt.


Andere bijdragen in Computer van de toekomst, Wiskunde