Deep Blue: как был устроен компьютер, победивший Каспарова

Deep Blue — специализированный шахматный суперкомпьютер IBM, вошедший в историю после победы над Гарри Каспаровым в матче 1997 года. Его успех стал символом стремительного развития вычислительной техники и показал, что машина способна превзойти чемпиона мира в одной из самых сложных интеллектуальных игр.

Однако Deep Blue не был универсальным искусственным интеллектом и не обучался шахматам самостоятельно. Его сила основывалась на сочетании параллельных вычислений, специализированных микросхем, альфа-бета-поиска и шахматных знаний, заложенных командой разработчиков.

Что такое Deep Blue?

Deep Blue — аппаратно-программная шахматная система, созданная IBM Research. Она была разработана для одной конкретной цели: победить действующего чемпиона мира Гарри Каспарова в матче с классическим контролем времени.

Deep Blue представлял собой не обычную программу для персонального компьютера, а вычислительный комплекс на базе суперкомпьютера IBM RS/6000 SP со специализированными шахматными процессорами.

Одна из стоек Deep Blue, сохранившихся в музейной коллекции

Система могла:

• генерировать допустимые ходы;
• строить дерево вариантов;
• отсекать несущественные ветви;
• оценивать позиции по большому набору шахматных признаков;
• использовать дебютную библиотеку;
• обращаться к эндшпильным таблицам;
• распределять поиск между десятками вычислительных узлов и сотнями специальных микросхем.

Именно сочетание специализированного оборудования и программируемой шахматной оценки отличало Deep Blue от большинства коммерческих программ своего времени.

От ChipTest к Deep Blue

История проекта началась не в IBM, а в Университете Карнеги — Меллона.

ChipTest

В 1985 году аспирант Фэн-Сюн Сюй начал работу над специализированной шахматной микросхемой. На её основе была создана система ChipTest, способная очень быстро генерировать и оценивать варианты.

В 1987 году ChipTest выиграла Североамериканский чемпионат компьютерных шахмат.

Deep Thought

Следующей версией проекта стала Deep Thought. Название отсылало к суперкомпьютеру из романа Дугласа Адамса «Автостопом по галактике».

К работе присоединились Мюррей Кэмпбелл и другие исследователи. В 1988 году Deep Thought стала первой компьютерной системой, победившей гроссмейстера в турнирной партии.

В 1989 году она сыграла двухпартийный матч с Гарри Каспаровым и проиграла обе партии. Несмотря на результат, проект показал, что цель победить чемпиона мира уже не выглядит фантастической.

Переход в IBM

В 1989 году IBM пригласила Фэн-Сюна Сюя, Мюррея Кэмпбелла и часть команды продолжить работу над шахматной системой.

Проект получил название Deep Blue: слово Blue отсылало к неофициальному прозвищу IBM — Big Blue.

Кто создавал Deep Blue?

Deep Blue был результатом работы большой команды инженеров, программистов и шахматных специалистов.

К ключевым участникам проекта относились:

• Фэн-Сюн Сюй — разработчик специализированных шахматных микросхем и один из создателей архитектуры;
• Мюррей Кэмпбелл — программист, исследователь компьютерных шахмат и один из руководителей разработки;
• А. Джозеф Хоан — специалист по программному обеспечению;
• Си Джей Тань — руководитель проекта со стороны IBM;
• Джерри Броуди — участник команды IBM Research;
• Джоэл Бенджамин — американский гроссмейстер, консультировавший разработчиков по шахматной оценке и дебютной подготовке.

Также в разные периоды с командой работали другие шахматисты и специалисты по дебютам.

Deep Blue не «изобрёл шахматы самостоятельно». Большая часть его позиционных знаний была формализована людьми, а веса оценочных параметров могли изменяться программно.

Как был устроен Deep Blue?

Техническая конфигурация версии 1997 года была необычной даже по меркам суперкомпьютеров.

Каждый специализированный шахматный чип мог анализировать примерно 2–2,5 миллиона позиций в секунду.

Поиск выполнялся параллельно на двух уровнях:

1. процессоры RS/6000 распределяли крупные ветви дерева вариантов;
2. специализированные микросхемы продолжали более глубокий поиск внутри полученных позиций.

Такая архитектура позволяла системе одновременно исследовать огромное количество продолжений.

Как Deep Blue выбирал ходы?

Deep Blue использовал классический подход, основанный на минимаксе и альфа-бета-отсечении.

Минимакс

Программа предполагала, что обе стороны будут выбирать лучшие доступные ходы. Для каждой ветви рассчитывался возможный результат, после чего система выбирала наиболее выгодное продолжение.

Альфа-бета-отсечение

Альфа-бета-алгоритм позволял не анализировать ветви, которые уже не могли изменить итоговый выбор.

Без отсечений даже мощности Deep Blue было бы недостаточно для достаточно глубокого поиска.

Выборочные расширения

Система анализировала разные ветви на разную глубину. Форсированные продолжения — шахи, взятия, опасные проходные пешки и тактические угрозы — могли исследоваться глубже.

Оценочная функция

Когда расчёт достигал установленной глубины, позиция оценивалась по большому количеству признаков.

Среди них:

• материальное соотношение;
• безопасность короля;
• пешечная структура;
• мобильность фигур;
• контроль центра;
• открытые линии;
• слабые поля;
• проходные пешки;
• взаимодействие фигур.

Веса этих признаков могли изменяться между партиями. Это позволяло разработчикам корректировать поведение системы после обнаружения позиционных слабостей.

Deep Blue был только «грубой силой»?

Deep Blue часто описывают как машину, которая победила Каспарова исключительно благодаря перебору миллионов вариантов. Это лишь часть правды.

Огромная скорость действительно была главным преимуществом системы. Но одной скорости оказалось недостаточно в матче 1996 года: Каспаров обнаружил позиционные слабости и выиграл две заключительные партии.

Перед матчем 1997 года команда IBM уделила больше внимания шахматным знаниям:

• расширила оценочную функцию;
• добавила новые позиционные признаки;
• улучшила дебютную библиотеку;
• обновила эндшпильные базы;
• настроила веса оценки;
• привлекла дополнительных шахматных консультантов.

Deep Blue не обладал человеческим пониманием позиции, но его решения основывались не на слепом переборе всех ходов подряд.

Как проходила партия на физической доске?

Сам Deep Blue находился не за столом, а в отдельном помещении. Каспаров играл на обычной шахматной доске против оператора.

После хода Каспарова оператор вводил его в компьютерную систему. Deep Blue рассчитывал ответ, после чего оператор переставлял фигуру на доске.

Оператор не выбирал шахматный ход самостоятельно. Его задача заключалась в передаче информации между компьютером и физической доской.

Помимо основного суперкомпьютера использовался отдельный рабочий компьютер с монитором, клавиатурой и мышью для управления системой.

Матч 1996 года

Первый матч состоялся в феврале 1996 года в Филадельфии.

Deep Blue выиграл первую партию и стал первой компьютерной системой, победившей действующего чемпиона мира в турнирной партии с классическим контролем времени.

Однако Каспаров изменил стратегию, стал выбирать более закрытые позиции и выиграл матч со счётом 4:2.

Этот результат показал две стороны Deep Blue:

• компьютер уже мог побеждать чемпиона мира в отдельных партиях;
• человек всё ещё лучше адаптировался по ходу матча и находил системные слабости соперника.

Победа в матче 1997 года

Матч-реванш прошёл в мае 1997 года в Нью-Йорке.

Перед встречей система была значительно модернизирована. После пяти партий счёт оставался равным — 2,5:2,5. В шестой партии Deep Blue быстро победил и выиграл матч со счётом 3,5:2,5.

Deep Blue стал первой компьютерной системой, победившей действующего чемпиона мира в полном матче при стандартном турнирном контроле.

Гарри Каспаров сыграл с Deep Blue два матча из шести партий

Матч сопровождался спорами об условиях и возможном вмешательстве человека. Убедительных доказательств того, что человек выбирал ходы вместо системы во время партии, не появилось.

Основная критика касалась другого: IBM могла изменять программные параметры между партиями, тогда как Каспаров почти не имел примеров игры обновлённой версии компьютера.

Две исторические партии Deep Blue

Первая победа над Каспаровым

В первой партии матча 1996 года Deep Blue играл белыми и выбрал вариант Алапина против сицилианской защиты.

После 24...exd5 у чёрных возникла серьёзно ослабленная пешечная структура.

Пешки чёрных оказались изолированными и сдвоенными

Ход 27...d4? позволил компьютеру получить решающее преимущество.

Решающая партия матча 1997 года

Перед шестой партией счёт был равным. Каспаров применил защиту Каро — Канн и сыграл 7...h6, допуская жертву коня.

Deep Blue ответил 8.Nxe6!.

Жертва 8.Nxe6! разрушила позицию чёрного короля

Продолжение входило в дебютную подготовку команды IBM. Каспаров признал поражение после 19-го хода.

Был ли Deep Blue искусственным интеллектом?

Ответ зависит от того, насколько широко понимать термин «искусственный интеллект».

Deep Blue решал задачу, традиционно считавшуюся интеллектуальной: анализировал шахматную позицию и выбирал сильные ходы. В этом смысле его можно отнести к системам узкого искусственного интеллекта.

Но Deep Blue:

• не понимал человеческую речь;
• не переносил знания на другие задачи;
• не обучался на собственных партиях автоматически;
• не обладал сознанием или общим пониманием игры;
• не мог самостоятельно изменить свою оценочную функцию.

Он был чрезвычайно сильным специализированным вычислителем, а не универсальным мыслящим агентом.

Deep Blue и современные шахматные движки

По сравнению с современными программами Deep Blue использовал огромную и дорогую инфраструктуру.

Сегодня ведущие движки значительно сильнее системы 1997 года и могут работать на обычном домашнем компьютере.

Stockfish сочетает альфа-бета-поиск с NNUE, а Leela Chess Zero использует большую нейронную сеть и направляемый поиск. Оба проекта регулярно обновляются и тестируются на огромном количестве партий.

Прямое сравнение рейтингов Deep Blue и современных движков затруднено: система сыграла мало официальных партий, использовались другие контроли времени и другое оборудование.

Почему IBM завершила проект?

После победы 1997 года главная цель проекта была достигнута. IBM получила огромный технологический и медийный эффект.

Каспаров предлагал провести ещё один матч, но IBM не согласилась. Вскоре Deep Blue был выведен из эксплуатации и разобран.

Возможные причины завершения:

• дороговизна дальнейшей разработки;
• узкая специализация системы;
• достигнутая публичная цель;
• переход IBM к другим направлениям суперкомпьютерных исследований;
• ограниченная коммерческая ценность отдельного шахматного компьютера.

Опыт проекта впоследствии использовался IBM в задачах, требующих массово-параллельного поиска и обработки большого количества вариантов.

Где находится Deep Blue сейчас?

После завершения проекта части системы были переданы в музейные коллекции.

Одна из двух основных стоек хранится в Национальном музее американской истории Смитсоновского института. В коллекцию также вошли:

• специализированная процессорная плата;
• рабочий компьютер оператора;
• монитор;
• клавиатура;
• мышь;
• материалы, связанные с матчем.

Часть системы и материалов также хранится в Музее компьютерной истории в Калифорнии.

Согласно музейному каталогу Смитсоновского института, башня Deep Blue в настоящее время не выставлена в постоянной экспозиции.

Можно ли скачать Deep Blue?

Нет. Deep Blue никогда не выпускался как пользовательская программа.

Причины:

• движок был тесно связан со специальным оборудованием;
• полный исходный код не был опубликован;
• дебютные и оценочные компоненты принадлежали IBM;
• проект завершили после матча 1997 года.

Файлы, предлагаемые в интернете под названием «Deep Blue», не являются оригинальной системой IBM.

Для современного анализа практичнее использовать Stockfish или Leela Chess Zero: они сильнее, доступны бесплатно и работают на обычных компьютерах.

Частые вопросы

Кто придумал Deep Blue?

Основой проекта стали ChipTest и Deep Thought, разработанные Фэн-Сюном Сюем, Мюрреем Кэмпбеллом и их коллегами в Университете Карнеги — Меллона. Позднее команда продолжила работу в IBM.

Сколько позиций в секунду считал Deep Blue?

Версия 1997 года устойчиво анализировала около 200 миллионов позиций в секунду. Теоретическая суммарная производительность специализированных чипов была выше.

Сколько стоил Deep Blue?

IBM не публиковала простой итоговый ценник всей системы. Проект включал суперкомпьютер, разработку специальных микросхем, программное обеспечение и многолетнюю работу команды, поэтому сравнивать его стоимость с обычным компьютером некорректно.

Мог ли Deep Blue обучаться?

Не в современном смысле. Система не обучала нейросеть на самостоятельных партиях. Разработчики анализировали результаты и вручную изменяли параметры между играми.

Был ли Deep Blue сильнее Каспарова?

В матче 1997 года Deep Blue победил со счётом 3,5:2,5. Но выборка из шести партий слишком мала, чтобы точно определить стабильную разницу в силе.

Почему Каспаров не получил матч-реванш?

IBM решила завершить проект после победы 1997 года и не приняла предложение провести новую встречу. Официального третьего матча не было.

Играл ли Deep Blue после Каспарова?

Полная версия 1997 года сыграла только шесть официальных партий — все против Каспарова. После матча систему вывели из эксплуатации.

Итоги

Deep Blue был специализированным шахматным суперкомпьютером IBM, созданным на основе проектов ChipTest и Deep Thought.

Версия 1997 года использовала 30 вычислительных узлов и 480 шахматных микросхем, устойчиво анализируя около 200 миллионов позиций в секунду.

Его сила основывалась на параллельном альфа-бета-поиске, программируемой оценочной функции, дебютной библиотеке и участии шахматных консультантов.

В 1996 году компьютер выиграл одну партию, но уступил Каспарову в матче со счётом 2:4. В 1997 году обновлённый Deep Blue победил — 3,5:2,5.

Deep Blue не был самообучающимся универсальным интеллектом, но его победа стала важнейшей вехой в истории вычислительной техники и изменила отношение общества к возможностям машин.

Практический совет При изучении партий Deep Blue полезно сравнивать их с анализом современного движка: это позволяет увидеть, какие решения системы 1997 года выдержали проверку временем, а где её оценка была ограничена.

Для системной работы над тактикой, позиционной игрой, атакой и эндшпилем можно воспользоваться программой обучения «Шахматы. Перезагрузка за 21 день».