Hoeveel computerkracht hebben we nodig om de wereld te simuleren?

We bespraken het met Rick Quax van de UvA.

|
23 december 2016, 1:52pm

Ik blijf een beetje beduusd achter na het kijken van de San Junipera aflevering van Black Mirror. In de aflevering maak je kennis met de mogelijkheden van een door mensen gesimuleerde wereld, waar je bewustzijn in kan vertoeven. Tijdens of na je leven.

Dat alles lijkt soms heel ver weg. Maar vaker ook helemaal niet. Battlefield 1 is fotorealistisch. Virtual Reality is booming. En een aantal grote namen in de tech-industrie roepen al een half jaar dat we allemaal vrijwel zeker in een simulatie leven. Meer over dat argument kon je al eerder lezen. Maar, maar, maar.

We gaan in ieder geval vooruit. Stills uit Battlefield 1.

Hoe dan?

Hoe simuleer je dan een wereld? Kan ik het ook? Wanneer? Hoeveel PS4s heb je nodig om mij gamend op een PS4 perfect te simuleren? Hoeveel megabyte kost het om Volendam op te slaan? Nemen Wilders stemmers meer of minder geheugen in beslag? Met deze en meer ontzettend gestructureerde vragen in mijn achterhoofd kwam ik via via in contact met Rick Quax van de UvA. Hij onderzoekt complexe systemen, is een absolute computerwetenschapper en heeft een superheldennaam.

Omdat ik mezelf niet direct kan voorstellen hoe ik uit moet rekenen wat de gemiddelde Wilders stemmer aan naar digitale informatie converteerbare herseninhoud heeft, moeten we even ergens anders beginnen. Wetenschap, kom er maar in.

Om de wereld te kunnen simuleren, moeten we eerst weten wat de wereld is. De nieuwe Halo 5: Guardians heeft ongeveer 60GB nodig om geinstalleerd te worden op je Xbox One. Hoeveel heeft de wereld nodig?

Dat hebben andere mensen gelukkig voor me uitgezocht. Alle cellen op de wereld, of om precies te zijn, in de biosfeer, worden geschat zo'n 1.35 · 10^37 bits aan informatie, in de vorm van baseparen, te bevatten. Even voor de duidelijkheid. Een bit is de kleinste eenheid van informatie, een symbool of signaal dat twee waarden aan kan nemen. Ja of nee, 1 of 0, hoog of laag, spin up of spin down, etc. De bytes die je van je USB-stick kent bestaan uit 8 bits (die de waarden van 0 tot 255 aan kunnen nemen). Dat alles zorgt ervoor dat de biosfeer 1.68 · 10^30 megabyte aan informatie uit DNA bevat. Dat zijn ongeveer 10^24 harde schijven van een terabyte. Dat betekent dat als je elke seconde een harde schijf uitdeelt aan al je vrienden, je 900 miljoen jaar bezig bent. Dat is een vijfde van de leeftijd van de aarde!

En dan hebben we het alleen nog maar over de biologische informatie. Met het huidige niveau waarmee we digitale informatie opslaan wordt er namelijk voorspeld dat we over zo'n 10 jaar evenveel digitale, als biologische informatie in de wereld hebben.

Laat die getallen even op je inwerken. Hier, een grafiekje.

Screen Shot 2016-12-06 at 12.07.40.png

Grafiek uit Information in the Biosphere: Biological and Digital Worlds

Dat betekent namelijk dat we in 150 jaar tijd, de volledige hoeveelheid opgeslagen informatie in de wereld hebben verdubbeld. Hebben we dan een cyborgwereld? Vragen voor een andere keer.

Want, terug naar de simulatie. Hoe slaan we al die informatie op? En erger/sterker nog, hoe simuleren we er vervolgens een nieuwe wereld mee?

Het programmeren van de hele rataplan daargelaten, ga ik met hulp van Quax kijken wat voor computer je nodig zou hebben om de wereld te simuleren.

Buiten het opslaan van informatie moet een computer die informatie ook nog kunnen manipuleren. De simpelste actie die een computer uit kan voeren is een flop; een flipoperatie. Hiermee maak je van de 0 van een bit een 1, of andersom.

Quax schat (aan de hand van verkoopcijfers) voor me dat er zo'n 500 miljoen PC's, laptops en tablets per jaar verkocht worden, waarvan we even aannemen dat ze ongeveer twee jaar meegaan. Dan zijn er dus een miljard computerunits in gebruik op elk moment. De gemiddelde computer kan 1011 operaties per seconde uitvoeren en heeft een geheugen van een terabyte (8 · 1012 bits). Door wat op te tellen, af te trekken en af te ronden kunnen alle computers bij elkaar in de wereld zo'n 3.2·1027 flops uitvoeren per jaar en het tienvoud daarvan opslaan in bytes.

Oftewel, alle computers in de wereld zijn zo'n 525 jaar continu nodig om net zoveel informatie op te slaan als de wereld gedaan heeft. Om het hele universum te simuleren zou je zelfs 1.3 · 10113 megabyte moeten opslaan en 10120 operaties moeten uitvoeren. Om dat belachelijke getal een beetje in perspectief te plaatsen: met een universum van 13.8 miljard jaar oud (1.3 · 1010) zijn al onze computers bij elkaar een factor 1082 langzamer dan het universum.

Dit is ongeveer gelijk aan het aantal atomen in het observeerbare universum. We moeten dus in elk atoom van het universum, IN ELK ATOOM, alle computers van de wereld stoppen om het universum te simuleren.

We missen dus nog duidelijk de computerkracht om onze wereld, laat staan ons universum te simuleren. Als de wet van Moore, die voorspelt dat onze processorkracht per jaar verdubbeld wordt, eeuwig geldig zou zijn, betekent dat, dat we nog 53 jaar moeten wachten. Moore's wet klopt echter niet meer. Dus dat is niet waar. Voor een gesimuleerde wereld moeten we dus eerst wachten op een quantumcomputer, die sommige, gelijktijdige flops waarschijnlijk veel sneller uit zal kunnen voeren. Maar met die berekening wacht ik nog heel even...