Kuten monet panivat merkille, fysiikan Nobel-palkinnon saivat tänä vuonna John Hopfield ja Geoffrey Hinton. Ehkä nuo nimet eivät sano mitään. He kehittivät 1980- luvun alkupuolella keinotekoisten hermoverkkojen teoriaa (ANN, artificial neural networks). Tuohon aikaan työskentelin VTT:n tietokonetekniikan laboratoriossa, ja myös saman aihepiirin kimpussa. Olin tutkimassa uusia laskentarakenteita, ja nämä herrat olivat jo silloin minulle nimeltä tuttuja, ja heidän työnsä myös. En kyllä heitä koskaan tavannut. No, tuosta ajasta on kulunut jo 40 vuotta, hieman myöhässä tunnustus usein tulee. Ars longa,vita brevis. Suomalainen akateemikko ja tekoälyn tutkija Teuvo Kohonen (1934–2021) teki keskeiset tieteelliset työnsä juuri samaan aikaan kuin mainitut nobelistit, ja aivan samalla alalla. On arveltu, että jos Kohonen olisi ollut elossa, hän olisi ehkä ollut jakamassa palkintoa.
Oma työurani on muutaman kerran sivunnut Teuvo Kohosen tekemisiä. Emme ole työskennelleet yhdessä, mutta nuo sivuamiset ovat muulla tavalla kiinnostavia. Kerron nyt niistä.
Työskentelin vuodesta 1975 aina 80-luvun alkupuolelle Strömbergin Pitäjänmäen tehtailla Helsingissä. Tuo aika oli hyvin innostunutta ja omalaatuista. Tietokoneiden tekniikka kehittyi juuri silloin voimakkaasti, ja Strömberg oli siinä isolla panoksella mukana. Yhtiö näki tietokoneet liiketoiminnalleen tärkeänä teknologiana. Se halusi soveltaa niitä sekä sähkövoimatekniikassa että teollisuuden automatisoinnissa. Se oli jo vuona 1970 kehittänyt Strömberg-1000- nimisen prosessitietokoneen, niitä rakennettiin kaikkiaan yhdeksän kappaletta. Tuo kone oli kookas järkäle, se käsitti kolme kahden metrin korkuista instrumenttikaappia, ja etupaneelissa oli useita rivejä värikkäitä vilkkuvia lamppuja. Elektroniikan nopea kehitys teki koneesta pian vanhanaikaisen. Yhtiö siirtyi käyttämää amerikkalaisen Data General- yhtiön Nova- minitietokoneita, tuollainen kone painoi viitisen kiloa ja mahtui hyvin kirjoituspöydälle. Strömbergillä tehtäväkseni tuli soveltaa noita koneita mekaanisen puunjalostusteollisuuden automatisoinnissa.
Eräänä päivänä aloin ohjelmoida sahatavaran lajittelulaitoksen automaattiohjausta. Laitosta ohjaamassa oli ollut pieni Suomessa rakennettu prosessitietokone, ja sain tutkittavaksi sen teknisiä dokumentteja, ehkä niistä olisi jotain apua. Tietokoneen nimi oli S-ODA, ja nuo tekniset dokumentit oli piirretty siististi lyijykynällä, muistaakseni ruutupaperille. Muutamissa näkyi suunnittelijan tai hyväksyjän nimi, Teuvo Kohonen. Nimi oli minulle silloin tuntematon. Myöhemmin kysyin asiasta Kohoselta, mutta hän ei jostain syystä halunnut puhua siitä. Olen yrittänyt löytää tietoja S-ODA -nimisestä tietokoneesta, mutta mitään ei ole löytänyt. Kone perustui transistorilogiikkaan ja siinä oli ferriittirengasmuisti, luultavasti se oli rakennettu 1960-luvun lopulla. Tämä ensimmäinen sivuaminen Teuvo Kohosen uran kanssa noin vuonna 1977 on siis täysin oman hataran muistini varassa. Mutta miksi ihmeessä keksisin jotain tällaista?
Luodaan nyt vilkaisu 1960-70- lukujen tietokoneiden maailmaan. Suomi oli luovinut sinne hieman vaivalloisesti. Oli perustettu Valtion matematiikkakonekomitea. Komitean mielestä valtakunnassa ei ollut niin paljoa laskettavaa, että tietokonetta kannattaisi ostaa, mutta koulutusmielessä kannattaisi sellainen rakentaa. Säästösyistä hankittiin saksalaisen elektroniputkilla toimivan tietokoneen piirustukset. Projekti oli katastrofi, osoittautui että saksassa ei edes ollut toimivaa prototyyppiä, ja piirustuksetkin olivat virheelliset. Kun "elektroninen sarja-komputaattori" ESKO (1954-60) vihdoin valmistui, se toimi epäluotettavasti ja oli jo vanhentunut. Väärä konteksti, akateemiset matemaatikot kuvittelivat, että tietokone on jonkinlainen laskukone. Mutta insinöörit tiesivät paremmin. Ehkä he olivat lukeneet Norbert Wienerin kirjan kybernetikasta.
Suuri yleisö muistaa Teuvo Kohosen neuroverkkojen ja tekoälyn tutkijana, ja häntä pidetään myös aivotutkijana. Tällaiselle uralle päädytään usein hieman erikoisella tavalla. Suuri osa aivotutkijoista ei ole lääkäreitä, fysiologeja tai psykologeja, vaan muun muassa insinöörejä. Kohonen kulki tätä reittiä. Hän valmistui diplomi-insinööriksi vuonna 1957, väitteli tohtoriksi 1962 kokeellisesta fysiikasta, ja toimi Teknillisen korkeakoulun teknillisen fysiikan laitoksella elektroniikan professorina vuodesta 1965.
Tuohon aikaan laitoksella aloitettiin ensimmäisen suomalaisen tietokoneen kehitystyö. ESKOsta oli opittu, nyt kone suunniteltiin nimenomaan teollista automaatiota varten ja prosessien tietokonesäädön tutkimiseen. Siinä käytettiin transistoroitua logiikkaa, ja siinä oli ferriittirengasmuisti. Hanketta veti Teuvo Kohonen, ja sai nimen Reflac (reflex arithmetic computer). Kone valmistui vuonna 1967. Se ei niinkään perustunut laskukonemalliin, vaan unkarilaissyntyisen matemaatikon John von Neumannin ja ehkä myös Alan Turingin ideoihin (ks.kirjoitus Teoriassa vaikeaa ...). Myös Strömberg Oy osallistui tähän hankkeeseen, ja muutaman vuoden kulttua Aslak Savonjousi vei läpi Strömberg-1000 prosessitietokoneen kehitystyön. Koneesta tuli erinomainen, ja siinä oli paljon ainutlaatuisia ominaisuuksia. Edellä mainitsemani salaperäinen S-ODA tietokone näyttäisi myös syntyneen Reflac-hankkeen ilmapiirissä, en kuitenkaan ole löytänyt tarkempaa tietoa.
Teuvo Kohonen asetti seuraavat tavoitteensa korkeammalle. Tietokoneen tehokkuutta rasittaa eräänlainen pullonkaula. Tietokoneen yleisin tehtävä on käsitellä muistissa olevaa dataa. Mutta dataa on yleensä paljon, ja se pitää siirtää prosessoriyksikköön vaivalloisesti, pieni pala ei tavu kerrallaan. Olisi helpompaa jos dataa voisi hakea suoraan muistista ilman, että se pitää ensin tutkia prosessorissa. Kohonen alkoi tutkia assosiatiivisia eli sisältöhakuisia muisteja, joista dataa haetaan suoraan sen sisällön perusteella. Tämän linjan rinnalle tuli pian toinen idea: entä jos muistisolut pystyisivät myös itse käsittelemään dataa.
Palataan vielä työhöni Strömbergillä. Pian tapahtui seuraava tietokonesukupolven vaihdos: siirryimme minitietokoneista mikroprosessoreihin. Yhtiö kehitti mikroprosessoria hyödyntävän hyvin kompaktin prosessitietokoneen, jonka nimeksi tuli Selma (tästä tietokoneesta ei näytä löytyvän mitään tietoa internetistä). Tietokoneessa oli runsaasti tuloliitäntöjä, joiden kautta se vastaanotti eri tyyppisiä anturisignaaleja ohjattavasta prosessista, ja oli myös lähtöliitäntöjä ohjaustoimintoja varten. Ja mikä parasta, kun ohjelma saatiin valmiiksi, se ”poltettiin” pysyvästi koneen muistipiireihin. Ei enää tarvinnut sählätä reikänauhojen kanssa, niin kuin kaikissa aiemmissa tietokoneissa.
Oma tiimini kehitti tarvittavat ohjelmistorakenteet: ohjelmakirjastoja, käyttöjärjestelmän, ja jopa virtuaalimuistin. Jälkeenpäin ajatellen se tapahtui ihmeen nopeasti. Teimme tietokoneen avulla muistaakseni kymmenkunta prosessinohjaussovellusta, mm sahoille vaneritehtaille ja paperitehtaille. Muut tiimit käyttivät Selmaa muun muassa tietojenkeruujärjestelmissä ja vaihtovirtamoottoreiden ohjaussovelluksissa.
Vuonna 1982 tapahtui yritysjärjestely, jonka takia päätin siirtyä työskentelemään VTT:lle. Aloin tutkia uudenlaisia tietokoneiden laskentarakenteita. Jo edellisessä työpaikassani sain idean tietokoneesta, joka reagoisi suoraan prosessista tuleviin signaaleihin, ilman mutkikasta ja hankalasti ohjelmoitavaa kontrollirakennetta. Tällainen kone olisi hyvin tehokas, ja sen periaate muistutti myös sitä tapaa, jolla eläinten ja ihmisten aivot toimivat (olin jo alkanut seurata tiiviisti aivotutkimusta). Strömberg ei innostunut asiasta, heillä oli jo toinen Selma- tietokoneen jatkokehityshanke, joka oli pidemmällä.
Laskentarakenteiden tutkimuksen kautta, 1980- luvun alkuvuosina, löysin Kohosen tutkimukset assosiatiivisista muisteista, se oli juuri sitä, mitä olin etsinyt. Samalla törmäsin myös hänen kehittämiinsä itseorganisoituviin karttoihin (SOM). Ne olivat keinotekoisia neuroverkkoja, kussakin verkon solmussa paikallisesti toimiva algoritmi sai verkkoon syötetyn datan järjestymään kaksiulotteisiksi kartoiksi.
Olin Kohosen kanssa kirjeenvaihdossa, ja pohdin myös siirtymistä työhön hänen tutkimusryhmäänsä. Se ei kuitenkaan toteutunut. Vähitellen osoittautui, että Kohonen, samoin kun Hinton ja Hopfield, olivat paljon aikaansa edellä. Vasta internetin sisältämät valtavat datamäärät mahdollistivat sovellukset, joissa itseoppivia neuroverkkoalgoritmeja ajetaan perinteisissä tietokoneissa. Uranuurtajien ennakoimat mikropiiritason toteutukset eivät toteutuneet, eikä niitä ole vieläkään näköpiirissä.
Mietin vielä, mitä opittavaa tästä kaikesta voisi olla. Usein ajatellaan, että teoreettinen tiede olisi jotain hyvin abstraktia ja matemaattista, ja kun se tuottaa tuloksia, insinöörikunta alkaa käyttää sitä johonkin hyödylliseen. Mutta usein käykin niin, että juuri konkreettinen työ teknologian kimpussa saa aikaan ratkaisevia oivalluksia. Käytännön fysikaalinen maailma asettaa rajoituksia, jotka testaavat ja karsivat liian suoravivaiset teoreettiset ideat. Tämä näyttää soveltuvan Teuvo Kohoseen, hän oli perin pohjin perehtynyt tietokoneiden rakenteeseen, ja oli myös suunnitellut niitä. On muitakin esimerkkejä. Alan Turingin konkreettinen työ salakirjoitusta murtavien koneiden parissa tuotti luultavasti paljon sellaista, jota hän hyödynsi teoreettisessa työssään. Matemaatikko John von Neumann kirjoitti hyvin teknisiä muistioita tulevaisuuden tietokoneesta nimeltä EDVAC. Luultavasti Teknillisen korkeakoulun Reflac- ryhmä ja Strömberg-1000 tietokoneen suunnittelijat tunsivat ne, tai niihin liittyviä kirjoituksia.
