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计算机未来  

2007-09-10 05:03:58|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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计算机在处理速度、存储容量、网络化,以及软件的精巧化方面经过数十年的发展,已经以难以想象的方式渗入科学、商业和文化领域中,而智能工程又将令其从量变转向质的飞跃。

  计算功能日益变成模拟和执行。在科学领域,计算可以模拟气候变化,破解人类基因;在商业领域,低成本的计算、因特网和数字通信正在改变全球经济;在文化领域,计算类产品,如iPod、YouTube和计算机动画等无所不在。

   2006年9月,美国计算机科学与通信委员会在华盛顿举办了名为“ 2016”的研讨会,主题是计算机未来如何发展。

  会议代表来自学术界和产业界。论题有:社会网络、数字图像、网络媒体、计算机对工作及就业的影响等。讨论主要集中在两方面:计算的影响在深度上将渗入自然科学中,在广度上将进入社会科学中;政策问题突出,计算技术的功能将更加强大、无所不及。 

计算机对科学研究的深刻影响主要是高速运算的巨型计算机。虽然通过网格的群体式计算,可以将许多计算机的功能通过软件联结,实现可与巨型计算机媲美的高速运算,但要解决最复杂的动态问题,尤其是涉及国家安全的问题,还必须依靠单个巨型计算机。能广泛影响社会大众的计算则从台式机向集计算、娱乐、通信于一体的手持多功能产品转变。

巨型计算机和分布式网络计算机

  一、巨型计算机的发展目标 

  速度对于科学计算中的巨型计算机就像它对于战场上的战斗机一样重要。美国国防部高级研究计划局(DARPA)制定的高生产力计算系统(HPCS)计划,要求每秒1000万亿次浮点运算的巨型计算机在2010年前进入市场,装备美国的武器实验室及科学研究中心。

  DARPA将此类巨型计算机看作是开发先进的空中飞行器、武器、军事作战的谋划和执行、美国核储备的维护、安全系统研究,以及图像处理及密码破译等的关键技术。DARPA负责该计划的主管哈罗德说,这是“满足国家安全和经济竞争力需要的关键技术”。 

  2006年11月,克雷公司推出了新型XT4巨型计算机,它是由3万个opteton处理器组成的系统。克雷公司声称其新系统在试验期间稳定的运算速度为每秒10万亿次浮点运算,当前可达54万亿次/秒,预计2005年底达到250万亿次/秒。XT4的新型体系结构很容易升级到1000万亿次浮点运算/秒的最高速度。

  XT4的关键技术是克雷公司的SeaStar2连接芯片。系统中每个处理器有一个这样的连接芯片,而不是像其他巨型计算机那样所有处理器共用一个通信接口。这一技术使大量并行处理系统在运行中不会因其间的数据传输而减慢。橡树岭国家实验室、国家能源科学计算中心和芬兰IT科学中心都订购了XT4。公司负责政府计划的副总裁说,这种类型的计算机特别适用于空气动力学问题,也适用于其他航空航天的设计。例如,美国空军的研究人员一直用其上一代的XT3来模拟新型天线的设计与评价。

   2006年11月,DARPA与克雷公司签订了2.5亿美元,的合同,用于开发其最新的混合式体系结构的巨型计算机;这是高生产力计算系统计划第三阶段的项目之一,克雷公司称之为自适应巨型计算机。迄今,巨型计算机只用一种处理器,克雷公司的巨型计算机的混合结构是将标量、矢量不同类型的处理器集成在一起,还要加上另外两个其他处理器,将处理器和任务编制得最适合缓存,从而达到最高效率和最大利用。

  IBM公司也签订了2.44亿美元的HPCS计划第三阶段的巨型计算机合同。目标是开发实时应用的1000万亿次/秒巨型;计算机心在2006年11月公布的第28次全球最高速的500巨型计算机名单上,IBM的Gene/L系统位居榜首,是该公司为美国能源部劳伦斯·利弗莫亦国家实验室研制的,运算速度为280.6万亿次/秒,大约是DARPA要求克雷公司和IBM于2010年前交货的原型计算机速度的1/3。克雷公司在桑迪亚国家实验室中运行的红色风暴巨型计算机为101.4万亿次/秒,仅次于IBM的Gene/L。

   二、台式计算机逐渐变成网络多媒体娱乐工具

  台式计算机最终走向了移动通信领域,从光纤通信中数据量的激增可看到这一趋势。计算机用户通过接到MySpaee和ESPN的网址,正在越来越多地利用手机处理文件、短信。 

  先进手机操作系统的开发商、Symbian公司的副总裁帕纳格罗斯西说:“我们看到了屏幕的逐渐演变,从电影、电视、计算机屏幕发展到今天第四代的智能手机屏幕。”

  最新屏幕是将台式计算机的许多功能展示出来,下一代屏幕将包含音像通信、电子邮件、短信等功能在内的多种形式的融合。为此,苹果计算机公司已更名为苹果公司,即将推出的iPhone代表公司的最新战略,即进入因特网数据处理手持装置的新领域。这种接近台式计算机的手持装置可以通过光纤及其他无线网络,简易地处理音乐、图像、娱乐、生产任务和通信。苹果公司的举动好像引发了一场核战争,诺基亚和摩托罗拉都将作出反应。不过,在此领域,苹果公司还只是后来者,其对手有:诺基亚、摩托罗拉、索尼·埃得克森、微软等商业巨头,他们都进入了娱乐电子领域。即将进入这一领域的还有Google等强大的因特网公司。他们都经不起台式计算机用户兴趣转移的诱惑。 

  在移动电话与台式计算机之间伪竞争还产生了新型的复合装置。诺基亚和索尼最近都推出了集创新的物理设计和各种通信功能为一体的新产品,其共同特征是比掌上机更小巧,其屏幕更便于读取。无线数据通信的软件开发也是重要的商业领域。苹果公司的优势是在无线数据通信市场中可同时开发硬件和软件,这就是其新近推出的iPhone,其新颖设计引人注目。

  三、计算对科学及社会经济的影响 

  计算为何对科学、社会网络及人们的文化生活产生重大影响?

  在计算机对科学的影响方面,加州伯克利大学教授卡普经长期探索,提出了科学理论的算法性质的概念。数学和计算机科学的核心概念就是算法。算法,简而言之就是对计算的分步求解。它擅长描述动态过程,而科学公式或方程式适于静态现象。科学研究越来越多地探索动态过程,计算机科学就是算法的系统研究。

   计算机应用在当前发展最快的生物学领域尤其突出。卡普近年的研究已经超出计算机科学领域,进入到微生物领域。他认为,现在生物学已经被当作信息科学看待。科学家设法将生物过程,如蛋白质的生成用算法来描述,这“自然就是算法。”

  在社会网络方面,社会科学家早在技术网络出现之前就对其分析了数十年。随着因特网的出现,社会网络和技术网络不可避免地连接起来,社会网络也就可能发展到前所未有的规模。新的社会—技术网络包括电子邮件方式、商业网站(如Amazon)的购物推荐、通信网站(如MySpace和Facebook)的短信或小帖子,还有新闻、见解、时尚、都市神话、网络商品和服务等。 

  当前,人们在探索,能否用算法分析为何某些网络社区兴旺而另一些则萎缩或消失?利用计算技术研究社会网络对社会学家、经济学家、人类学家、心理学家和教育家而言是丰富的宝藏,对营销人员和政客也同样有用。康乃尔大学教授克莱因伯格说:“这是将计算及算法用于社会科学和实践中的最主要的方式,当前还只是处于起步阶段。”

  计算机图像和存储的未来趋势可能用于个人,将微波传输的数字装置和微型电话和摄像机组装到一起,可将人一生中的主要事件录入其中。这对于通信、媒体和个人生活意义重大。微软研究实验室主任、计算机科学家拉斯希德说,他愿意看到他的儿子如何迈出第一步,倾听几年前与他去世的父亲的对话。“我愿看到往事,在未来这是可能的。” 

  不过,任何技术的广泛应用都有正反两面作用。拥有跟踪群体和个人的网络行为的新工具,也会引起严重的隐私问题。2006年夏天,美国在线无意中透露了65万个用户的网络搜索日志,显然将这一问题暴露出来了。它有可能成为监视社会的工具。拉斯希德说:“我们有这种能力,但要由社会来决定如何使用它,而不是由科学家来决定。”

 

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