Закон Вирта: почему программное обеспечение становится медленнее быстрее аппаратного обеспечения

Биткойн

Закон Вирта — это известное в сфере информационных технологий наблюдение, согласно которому программное обеспечение с каждым годом становится медленнее быстрее, чем аппаратное обеспечение развивается и совершенствуется. Это парадоксальное явление многие замечают на практике: несмотря на мощные процессоры и быстрые накопители, программы порой требуют всё больше ресурсов и работают медленнее по сравнению с более старыми версиями. В основе этого феномена лежат исторические, технические и социальные причины, которые сложно игнорировать при создании и использовании современных компьютерных систем. Этот феномен впервые был сформулирован швейцарским учёным Никлаусом Виртом еще в 1995 году в его статье «Призыв к созданию компактного программного обеспечения». Вирт выдвинул идею, что прирост вычислительных ресурсов автоматически не гарантирует повышение производительности конечного продукта, поскольку разработчики программ зачастую используют дополнительную мощь для реализации сложных, но зачастую ненужных или избыточных функций.

Более того, качество и эффективность кода зачастую жертвуют во имя удобства пользователя или быстрого выпуска новых функций. Причинами проявления закона Вирта являются сразу несколько аспектов. Во-первых, разработка программ ведётся с прицелом на добавление функциональности и удобства использования. Функциональный набор программ постоянно расширяется, появляются новые интерфейсы, эффекты, сложные алгоритмы, которые требуют всё больше вычислительной мощности. Во-вторых, в процессе разработки постепенно накапливается «технический долг», когда поддержка старого кода или быстрое добавление новых функций приводят к ухудшению архитектуры и увеличению избыточности.

В-третьих, пользователи зачастую не знают или не хотят разбираться, какие функции действительно нужны, а какие — лишь «прекрасно выглядят» и создают иллюзию сложного софта. С развитием технологий улучшение характеристик оборудования происходит по закону Мура — удвоение количества транзисторов на кристалле примерно каждые два года обеспечивает рост производительности процессоров. Однако этот технический прогресс нивелируется со стороны программного обеспечения именно за счёт роста объёмов, снижения оптимизации и неэффективного использования ресурсов. В итоге, реальные потребительские устройства страдают от нехватки быстродействия и стабильности программ при возросших аппаратных возможностях. Явление, описываемое законом Вирта, усиливается по мере усложнения экосистемы программирования и увеличения числа сторонних библиотек и фреймворков, которые часто несут с собой «нагрузку» избыточных функций.

Программы становятся все более сложно настраиваемыми, универсальными и тяжелыми, из-за чего возрастает время загрузки, занимает больше места на диске и требует больше оперативной памяти. Для конечного пользователя это оборачивается постоянным появлением автомобилей тормозов, сбоев и частыми обновлениями, которые вместо улучшения опыта зачастую вводят новые проблемы. Некоторые исследователи и практики называют данный эффект следствием человеческого фактора. Разработчики, в стремлении удовлетворить коммерческие требования, увеличить число функций и привлечь больше клиентов, склонны к «наращиванию» программного кода за счет добавления новых элементов, зачастую никак не касающихся основной задачи программы. Это называется «фичеркрип» — бесконтрольным расширением функционала, приводящим к увеличению веса программ, снижению производительности и усложнению поддержки.

Важно отметить, что закон Вирта имеет несколько вариаций и аналогов, которые развивают идею о том, что программное обеспечение постоянно теряет в эффективности. Среди таких можно назвать закон Гейтса — наблюдение, что скорость выполнения программ коммерческого продукта снижается примерно в два раза каждые полтора года, тем самым нивелируя прирост аппаратного быстродействия. Также существует закон Мэя, согласно которому эффективность программного кода уменьшается вдвое за 18 месяцев. Все эти формулировки подчеркивают системную проблему, с которой сталкивается индустрия разработки ПО. В истории были попытки обратить вспять этот тренд.

Сам Никлаус Вирт в частности возглавил создание операционной системы Оберон, которая демонстрировала, что можно создавать программное обеспечение с минимальным использованием системных ресурсов без потери функциональности и удобства. Оберон была разработана в конце 1980-х и стала образцом «легкого» программирования, альтернативным подходом к сложным и «тяжелым» решениям. Возникает вопрос, почему разработчики не следуют принципам оптимизации и написания аккуратного кода? Ответ скрывается и в бизнес-модели современных IT-компаний, и в структуре рынка. Например, частая смена руководства и команд приводит к разным подходам к дизайну программ, а давление со стороны инвесторов и пользователей заставляет ускорять вывод новых версий, жертвуя методами тестирования и рефакторинга. Кроме того, необходимость поддерживать совместимость с устаревшими системами и интеграции с другими продуктами вынуждает использовать сложные решения, которые не всегда рациональны.

Пользователям также часто не хватает осознания проблемы. Современные приложения часто воспринимаются без подробного анализа необходимой функциональности. Многие предпочитают качество и быстроту работы ранее установленных приложений, чем установку новых продуктов с потенциально багованным или «тяжелым» софтом. К сожалению, рынок редко мотивирует производителей оптимизировать продукты в ущерб новизне функций или визуальным улучшениям. В последние годы ситуация с законом Вирта привлекла внимание крупных IT-компаний и исследовательских центров.

Некоторые из них начали разрабатывать программы с упором на оптимизацию и минимальную нагрузку на оборудование, а также инвестировать в автоматизацию тестирования и инструменты для анализа производительности. Однако эти усилия зачастую уступают общему тренду усложнения ПО. Знание закона Вирта и его последствий важно не только для разработчиков, но и для конечных пользователей, которые могут делать осознанный выбор при покупке программного обеспечения или оборудования. Возможно, будущее IT-индустрии — за теми, кто сможет совместить современные возможности аппаратного обеспечения с рациональным подходом к программной разработке, минимальной нагрузкой и высокой эффективностью. Таким образом, закон Вирта напоминает нам о том, что рост аппаратных возможностей — лишь одна сторона медали.

Важнейшим фактором остается качество и эффективность программного обеспечения, от которой зависит комфорт пользователей и реальная производительность систем. Только сочетание прогресса аппаратных и программных средств способно обеспечить дальнейшее развитие технологий и улучшение цифрового опыта. Очевидно, что борьба с эффекта́ми закона Вирта — это вызов, который будет стоять перед индустрией программирования еще многие десятилетия.