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【据《国际电子商情》 2007年08月06日报道】“我们现在处于一场革命的开始,一场如何构建计算机和大型计算机的革命的开始。这包括硬件的变革,即在硬件的建设中,如何利用加速器提升硬件的并行计算能力;同时,这场革命不光是硬件的变革,还牵扯到软件的变革,如何通过软件充分发挥硬件中并行和加速器能力,让‘混血系统’(hybrid system)中的加速器和其它芯片更好协作。” 在最近北京举行的IBM-中国国家网格Cell/B.E.研讨会期间,IBM下一代计算系统和技术杰出工程师Robert Guernsey博士表示。7月末,IBM和中国科学院计算机网络信息中心联合在京举行了IBM-中国国家网格Cell/B.E.研讨会。双方就基于Cell/B.E.(Cell Broadband Engine)的IBM BladeCenter QS20刀片系统在中国国家网格的成功应用,以及目前高性能计算领域的最新进展和发展趋势进行了研讨。基于Power架构的Cell/B.E. 最初是IBM、索尼和东芝为游戏主机而开发的。IBM BladeCenter QS20是一种基于Cell/B.E.的刀片系统,专为那些准备从Cell/B.E.处理器的高性能计算力以及运行图形密集型应用的独特能力中受益的公司而设计。QS20集成了7个刀片共14个Cell处理器,最高性能超过了2.8TFLOPS——相当于每秒钟完成2.8万亿次浮点运算。2006年10月,中国科学院计算机网络信息中心和IBM启动了为CNGrid提供基于Cell/B.E.的刀片服务器计算节点的项目,并鼓励开发各种能够充分利用其独特性能的应用。今年4月,国内第一台基于Cell/B.E.的刀片服务器系统开始在位于北京的中国科学院超级计算中心投入运行。目前,这一系统已经能够对地震预报(Earthquake Prediction)、分子动态仿真(Molecular Dynamics Simulation),以及MPEG2代码转换机(MPEG2 Transcoder)等应用进行演示,Cell/B.E.多核并行处理技术的能力和性能在这些应用演示中得到了充分的展现。IBM的工作人员介绍说,与传统的x86处理器相比,地震预报和分子动态仿真在Cell处理器上的运行速度分别提升了37.7倍和21.5倍。摩尔定律已“死”,架构创新提升硬件性能在IBM看来,摩尔定律(moore's law)代表的工艺进步已接近极限,使得硬件产业需要在加速器、多核和SoC等方面实现架构创新,以继续提升硬件系统性能。“摩尔定律已死(moore's law is over),对不起,对不起,实际上,摩尔定律还没有死,让我来仔细解释一下。” Guernsey博士笑道。他向《国际电子商情》记者解释说,过去几十年来,我们让芯片变快的方法是让晶体管越来越小,但是现在让芯片变快非常困难,因为晶体管越小伴随漏电的问题越严重,现在我们正接近临界点。因此现在让芯片的频率变快越来越不现实,因为会有更大的功耗。事实上,摩尔定律并不是讲芯片的速度越来越快,而是指它的密度每18个月或者24个月翻倍,晶体管密度仍然继续翻倍,但是步伐也开始减慢,可能需要36个月翻倍。在芯片上集成更多的晶体管仍是可能的,但这也快接近终点了,越来越困难。今天看到Cell处理器是90nm的,下次看到的时候可能是45nm,再下去就是32nm的,每到一个新的工艺节点,就可以集成更多的晶体管。但是22nm是一个问题,太昂贵了,所以再过10-15年我们做到22nm的时候,就很难再往下走了。IBM认为,在工艺进步面临极限时,为了持续提升硬件系统性能,就必须在架构上进行创新,而以cell处理器为代表的加速器、多核和SoC就是未来的发展方向。“计算世界或者说硬件世界正在改变,它正在发生重大的转变,主要是因为功耗问题。我认为未来不可避免的在高性能计算会出现一种‘混血系统’(hybrid system),我们的Cell处理器和传统的通用处理器能够一起合作提供很强的计算能力,就是一个很好的例子。”IBM中国技术学院院长John Turek博士表示。与传统处理器不同的是,Cell处理器是一个9核处理器,拥有8个协同处理单元以及1个基于Power架构的核心,频率达3.2GHz,可在很多计算密集型应用中为客户提供强大的性能。在初始硬件测试中,Cell处理器的最高性能超过了200 GFLOPS——相当于每秒钟完成2,000亿次浮点运算。在研讨会现场,IBM的工作人员演示了MPEG2转换应用,采用一个Cell处理器,其中一个协处理器实现MPEG2解码,另外7个协处理器可支持7路H.264标清编码。据介绍,已有视频监控厂商非常感兴趣,希望用它来取代目前昂贵的FPGA和DSP。除了应用于众所周知的索尼PS3外,Cell处理器还被用于IBM刀片系统并被众多机构用于构建超级计算机,应用领域也扩展到了医疗影像、航空航天、防务、数字动画、通信以及石油和天然气等需要高性能计算力以及运行图形密集型的应用。例如,IBM将为美国能源部设计名为“Roadrunner”的混血超级计算机,这台将于今年底交付的超级计算机将使用超过1.6万个AMD Opteron处理器内核以及超过1.6万个Cell处理器,最高性能超过了每秒钟1,600万亿次计算(1.6 petaflops)。“Roadrunner”的混血设计将允许系统对复杂的数学公式进行分解,然后将分解后的各组成部分发送到能够以最高效率对其进行处理的系统。典型的计算流程——文件IO和通信活动将由 AMD Opteron处理器进行处理,而更加复杂和重复性的工作(传统上会占用超级计算机大部分资源的任务)将由超过1.6万个Cell处理器进行处理。IBM的Oliver Retting表示,事实上,IBM并不孤单,AMD和nVIDIA都在走类似cell处理器这种发展路线,即将CPU和GPU集成。“总之,现在通过提升频率以提高速度已经很难了,但是你可以增加处理器的个数,这就需要更多的软件和编程”。Guernsey博士向《国际电子商情》记者总结说。

作者: Craig Wright

原文标题《What happens after Moore’s law》,2019年6月20日首发于Craigwright.net

翻译:上海市海上律师事务所 刘晔律师

现在看来摩尔定律已经走到了它的尽头,将会发生什么呢?无论预测是小的改变还是大的改变,不同的处理范式必然会出现。软件提出的问题与硬件的挑战截然不同。预测未来的关键可能在于我们认识到,经济和能源限制了人类的创新。然而,创新和人类历史一样悠久,计算机的创新可能性仅仅受限于我们的想象力。

一个朋友最近给我指了一篇关于摩尔定律的文章。更准确地说,这是一篇再次预言这种范式即将消亡的文章。

人们可能争辩说,摩尔定律有强式和弱式。对于强式,预测仅限于一个单一的微芯片上的晶体管数量的增加。对于弱式或更广义的范式,这一论点与经济成本效应的关系更为密切。前一种预测很大程度上依赖于正在部署的技术类型。基于硅、锗的晶体管技术在未来几年将面临严重的限制,因此,此种版本的定律可以安全地预测到终点。

因此,我们可以说,从技术上讲,摩尔定律将终结的悲观预测是正确的。然而,从更广义范式的角度,我们可以说末日还没有到来。的确,晶体管的尺寸是有极限的,而且我们正式迅速接近这个极限。然而,事实是,我们也正在改变结构和处理过程。

如果我们仅仅根据晶体管的数量来分析摩尔定律,那么,原意上预测,我们肯定正在快速接近终点。然而,这并不意味着我们不能把更多的晶体管放到一个芯片上;相反,这意味着结构会适应,处理过程将从18-24个月的倍增期转移。在这种情况下,我们将进入不同的处理范式。

计算是关于能源和经济的

计算的真相在于创新。一个人的大脑是有限的,然而作为一个集体,我们的大脑能力远远超过任何一个单一大脑。也许人类的创新是有极限的,但是我不认为我们已经接近这个极限,即使它真的存在。在这个问题上,我更愿意成为一个乐观主义者,而且我预见在我的有生之年或者我的子辈、孙辈都看不到极限。而且,我们谁也无法预测,故无论如何,我抱有希望。

摩尔定律是一个经济预测模型。我们现在可以制造更大的芯片。使用软件,我们可以将多个CPU、GPU、协同处理器芯片和卡片集成到一个网格中,这个网格就像一个计算模型,远远优于任何单一机器。这样做的限制与技术无关,因为技术已经存在。我们面临的限制是更普遍的,涉及经济和能源的限制。

人类的大脑不断证明,它比我们开发的任何系统都有更强的计算能力。这是一个活着的自我编程机器,以极高的效率运行。尽管人类在编程上犯了很多错误,在生物学上也有很多失败,但是我们知道我们的计算极限远远超过我们现在的能力。

自社会存在以来,人类就弥漫着普遍的悲观主义问题。然而,创新引领着社会朝着更加多样化和富裕的方向发展。驱使人类创新和创造新方法的动力一直存在,也看不到尽头。即便如此,很多人还是认为我们面临着人类成就的终结。马尔萨斯最终放弃了,但我们中的许多人不会。面对发展和进步,编造一个悲观和绝望的故事更加容易。

一切都会改变。这是毫无疑问的。更重要的是,我们甚至无法预测2050年计算能力的本质。它可能是从我们现有的计算系统中衍生出来的技术,也可能是某种新的量子系统。 在我们到达那里之前,没有办法知道未来,或者非常接近那里。看起来我们很可能会有一个新的,或者是一个未知的颠覆性技术,带领我们继续成长。这项新技术今天无法预测,超出预知,将使我们继续走在增长的道路上。 对于一些人来说,这导致了“如果,怎么办”的理论: 如果没有人开发任何东西怎么办? 如果停止创新了怎么办? 如果没有什么值得去发现的呢?

这种态度并不新鲜!

“现在的物理学没有什么新发现了。剩下的就是越来越精确的测量。”

--开尔文勋爵,1900年

这种态度在科学界普遍存在,而且已经持续了几代人:

“物理科学中更重要的基本定律和事实都已经被发现了,而且这些定律和事实建立得如此牢固,以至于它们由于新的发现而被取代的可能性微乎其微。我们未来的发现必须在第六位小数中寻找。”

---阿尔伯特·迈克耳逊,1894年

正是这种态度导致了金融业的长期停滞。然而,即使在那时,因为创新的影响,我们也看到了变化,而且是长期的变化。创新将以颠覆性技术的形式继续下去,没有人能够预料或预测到,创新似乎不知是从哪里冒出来的,由那些最不被期待改变世界的人创造出来。

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