И целого мира мало... чтобы хранить наши данные
Наверняка многим из вас приходилось слышать, что объём информации, производимой человечеством, растёт экспоненциально. Ну, казалось бы, растёт и растёт — любопытный факт, но не более того. Но может оказаться, что не всё так просто. Мелвин Вопсон из Портсмутского университета увлёкся любимым занятием учёных — экстраполяцией — и обнаружил, что уже через несколько столетий нам может просто не хватить вещества, чтобы записывать новые данные. Как он пришёл к такому выводу? Давайте разбираться.
Согласно исследованиям компании IBM, 90% информации, существующей в мире, было создано за последние 10 лет, и пока нет оснований предполагать, что в ближайшие годы этот взрывной рост замедлится. Вопсон сделал довольно умеренный прогноз, что каждый год объём информации, производимой человечеством, будет увеличиваться на 20%. Расчёты показали, что в этом случае уже через 350 лет число битов, которые нам нужно записать, превысит число атомов на Земле.
При этом стоит понимать, что сейчас человечеству недоступны технологии, позволяющие использовать для хранения одного бита всего один атом. Лучшие из современных носителей информации обеспечивают плотность записи, при которой на один бит приходится от нескольких тысяч до нескольких миллионов атомов. А это значит, что в реальности мы столкнёмся с нехваткой ресурсов для хранения информации гораздо раньше.
Вопсон также попробовал оценить ситуацию с точки зрения затрат энергии, необходимой для записи этой информации. Для этого он обратился к сформулированному в 1961 году принципу Ландауэра. Из него следует, что в любой вычислительной системе, независимо от её физической реализации, на обработку 1 бита информации тратится как минимум kB × T × ln(2) джоулей энергии, где kB — постоянная Больцмана, а T — абсолютная температура. При комнатной температуре это примерно 2,7 × 10^−21 Дж.
Если исходить из того же 20-процентного роста каждый год, примерно через 290 лет для записи новых цифровых данных человечеству будет требоваться 18,5 петаватт мощности — столько же, сколько сегодня вырабатывают все электростанции нашей планеты, вместе взятые. И это, напомним, рассчитано для минимально возможной энергоёмкости, выводимой из принципа Ландауэра. Реальные затраты будут на много порядков выше. По оценке специалистов из Huawei Technologies, уже к 2030 году дата-центры, сетевая инфраструктура и пользовательские устройства будут потреблять более половины всей электроэнергии, производимой на Земле.
Велик соблазн отнестись к экстраполяциям Вопсона скептически. Можно вспомнить знаменитый прогноз Times о том, что к 1950 году улицы Лондона будут покрыты трёхметровым слоем лошадиного навоза, абсурдность которого стала очевидной с распространением автомобилей. Тем не менее, предсказания учёного во многом основаны на фундаментальных физических принципах и константах.
Означает ли это, что уже сейчас нужно удалять старые мемы с котиками, чтобы спасти человечество от грядущей информационной катастрофы? Конечно, нет. И всё-таки не исключено, что в обозримом будущем людям придётся решать, насколько необходимо сохранять ту или иную информацию — ну или развернуть массовое строительство дата-центров планетарного масштаба и не менее циклопических электростанций.
P. S. Это очередная новость с семинара «Актуальная наука» в Политехническом музее. Поскольку в комментариях к предыдущему посту многие люди написали, что им это интересно, я буду публиковать такие новости на регулярной основе.