美报告称计算能力的提升需要一场革命

luyuanhong

美报告称计算能力的提升需要一场革命
来源：科技日报
美国全国研究委员会最新公布题为《计算性能的未来：游戏终结还是到更上一层楼》的报告称，
几十年来，计算机性能获得了突飞猛进的提高，但如果软件业没有发生巨大的改变，没有新式芯
片推出的话，这种发展势头将戛然而止。对于年产值高达万亿美元、已成为经济增长引擎的计算
机工业来说，不啻为一个坏消息。
在上世纪80年代到90年代之间，微处理器的速度大大提高，但横亘在眼前的两个障碍意味着计
算能力的提高在未来10年会碰钉子。随着晶体管变得越来越小，并越来越紧密，微芯片记录数
据的速度在2005年就达到3千兆赫，目前已趋向平稳，这是因为速度如此之快的芯片产生的热量
太多而无法用于智能手机和个人电脑中。这种稳定水平有可能终结摩尔定律，即集成电路上可
容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
因此，制造商通过在一个芯片上建造两个、4个甚至8个处理器核来解决这个问题，但该研究
报告警告说，摩尔定律仍然处于麻烦中：目前晶体管的功效不可能被提高得更多，且计算性
能“在10年内也将将囿于能耗所限而无法有很大提高”，解决这个问题需要科学家研发出新
的晶体管架构。
更重要的是，多核芯片通过让其处理器分摊任务来获得速度优势，为了让这一点更加有效，研
究人员必须设计出能并行执行多任务而不是一个接一个串行执行任务的软件。
这一点听起来似乎很有潜力。全国研究委员会主席、美国模拟器件公司首席技术官塞缪尔·富勒
表示，“并行计算提供了一条更加清晰的道路”来维持计算速度的增长，并行计算才是王道。
并行计算能很好地处理很多科学计算，诸如模拟天气和核爆炸等。谷歌公司也研发出了一套并
行编程工具映射精简（MapReduce），该模型主要用于大规模数据集（大于1TB）的并行运算。
但该报告警告，为串行运算而编写的大量软件转变到能有效地并行工作，是“非常困难的任务”，
它要求新的软件工程过程和工具，也要求程序员重新接受培训来使用它们。
不过，目前正在研究并行处理的克雷公司计算机专家雷·艾利斯表示，并行计算并非新想法，
“科学家也已取得了一些成绩”。他认为，通向并行计算最简单的道路30年前就已经完成。