50年后，计算机是什么样子？

“我是不敢预测的!”7月8日，清华大学当代中国研究中心主办的华睿讲堂在国家图书馆再度开讲，清华大学计算机科学与技术系教授凌瑞骥如此表示。

他介绍给大家一本书——BEYOND CALCULATION(《无法预计》)。该书是美国计算机协会(ACM)为庆祝第一台数字计算机问世半个世纪，发起组织顶级计算机科学家和计算机产业界知名领袖集体写的——题目是《无法预计》，因为谁也不敢说能准确预计。

“虽然这本书已经出版10年了，但他们的设想和思考，在今天还有很大的参考价值。我今天介绍这本书里阐述的想法和观点，再补充十年来的新情况，特别是中国的发展。” 凌瑞骥说。

趋势

《无法预计》专门有一章告诉人们怎样思考计算机技术的发展趋势。一个基本规律，就是“一个技术从萌芽到成熟，再到普及，需要面对三个不同的阶段”。

第一个阶段是科学论证阶段，这个阶段解决什么问题？What can happen(什么事情可能发生)——即论证它的可能性。这个阶段面临的问题由自然科学家来回答。

第二个阶段是工业实现和实施阶段。这个阶段要解决的问题就是What will happen(什么将要发生)？这由工程学家和经济学家来回答。

第三个阶段是社会接纳和普及阶段。解决的问题是What should happen(什么应该发生)？回答这个问题的是道德、伦理、政治和其他因素。

凌瑞骥举了彩电的例子加以说明。“1935年，英国造出第一台可用的原理样机，但直到20世纪60年代，西方发达社会才普及电视机。1958年天津广播器材厂制造出中国第一台电视机——北京牌黑白电视机，90年代我国沿海大中城市才普及彩电。所以，一门技术，即使工程学和社会、政治及人文条件成熟了，要大面积推广，还需要很长的过程。”

突破摩尔定律？

计算机界、半导体界有一个摩尔定律，它是1965年英特尔公司的创始人之一高登·摩尔在观察半导体器件制造状况时归纳出的一个设想。虽然叫“定律”，但并不是严格的数学和物理基础上的自然界的科学定义，仅是一个设想。“一个器件上的数目，每24个月翻一番，后来摩尔发现不对，改成18个月翻一番，这就是摩尔定律。从1965年提出到上世纪末，半导体界、计算机界的整个发展基本符合摩尔定律。现在的问题是，摩尔定律是这样永无止境下去，还是会有一个终结？”

凌瑞骥指出，半导体技术的发展有它的极限：第一，从物理性能上说，器件越多，器件尺寸越小，器件的物理性能就要起变化，即“隧道效应”要起作用，会延迟和串音，散热也成问题。第二，从工艺上说，即使物理材料允许，器件的密度和线宽进一步发展，工艺上也有局限。第三，经济可行性的局限。1968年，刚起步的英特尔投资一个生产车间大概需要300万美元。上世纪90年代，建立一个0.25微米工艺芯片车间需要20亿～25亿美元。到0.18微米工艺时，是30亿至40亿美元。小于100纳米的生产车间需要100亿至200亿美元。

“这就出现了摩尔第二定律。1995年，高登·摩尔在英国《经济学家》杂志上发表了第二篇文章，被认为是‘摩尔第二定律’。他说，在过去的30年里，我发现半导体器件的技术和工艺的发展，除了第一定律讲的每18个月翻一番外，还受着经济学定律的约束。我发现，从1968年到1990年的22年里，工艺设备的投资每翻一番，产品的性能可以翻三番。可最近几年，我发现，工艺设备、装备投资每增加一倍，提高的性能只有50%。即使物理上和工艺上能把一个技术推上去，经济上是否可行还是一个决定性因素。”

超级计算机

“今后50年，计算机技术将向两极发展。一极是‘高性能计算’(High Performance Computing，HPC)，建造计算功能、速度超强的超级计算机。另一极是‘无所不在的计算’(Ubiquitous Computing)，通俗点叫‘普适计算’(Pervasive Computing)，即渗透到各个领域、无所不在的计算技术。”凌瑞骥描绘了计算机技术今后50年的走向。

“近几年，世界上有一些高性能计算很有名。2004年美国IBM公司为美国能源部做了一个用于模拟核爆炸的计算机，叫‘紫色’(ASCI Purple)，叫‘计算机仿真’，来仿真核爆炸许多的过程、重要的参数，运算速度达到100亿万次。”

“2005年日本做出了世界上最快的‘地球模拟器’(Earth Simulator)，作为地球仿真研究，实际上也是用在生物、用在核物理研究、用在气象，计算速度是130亿万次。”

“2005年晚些时候，IBM做出‘蓝色基因’(Blue Genes/L)，仍旧做仿真核爆炸，计算速度是280.6万亿次，是日本‘地球模拟器’速度的两倍。”

“今年，IBM将完成‘蓝色基因’的C型，速度是1000万亿次。”

再看我国，虽与美国还有一段距离，但是发展速度也很快。“1983年，‘银河’在中国国防科技大学问世，每秒1亿次。1992年11月，银河Ⅱ达到每秒10亿次。1997年，银河Ⅲ达到每秒130亿次。2003年11月，中国科学院计算所研制的深腾6800机群系统达到了4.183万亿次。2004年6月，曙光4000A达到了11万亿次。”

“2004年IBM‘紫色’的运算速度达到了100万亿次，今年IBM的‘蓝色基因C’目标是1000万亿次。在英国电报电话研究院工作的英国科学家比德·柯兰斯认为，人脑的信息处理能力大约是每秒1000万亿次，存储容量大概是万亿字节，人脑是世界上最方便、最廉价、速度最高的信息处理系统。如果柯兰斯的假定可以成立，超级计算机很快就会具有人脑的能力？”

凌瑞骥对此表达了自己的否定态度。“一、人脑的能力无法用一两个静态的物理参数描述。1000亿次是超级计算机的峰值指标，是基准程序测试组测试的。但实际常用性能常常只有峰值指标的1/10，是特定基准程序测试的。即使超级计算机做到1000万亿次，也只是巅峰指标，和人脑的平均性能1000万亿次还差10倍。二、人脑是个生命体，不像计算机是一个物理装置。物理装置一制造出来就固定了。而人脑是生命体，有个生长的过程。刚生出来的孩子，指标是低的，青壮年达到峰值，老了指标又下来。人脑，不仅仅有理性，还有感情、还有激情、还有灵感。所以计算机不可能完全跟人一样，只能说它在某些指标上接近于人的功能。所以，计算机无论能力有多强大，始终是人脑的延伸物和助手，而不能代替人。”

无所不在的计算技术

“无所不在的计算技术，这个概念是1991年9月美国计算机科学家Weiser在《科学美国人》杂志9月份发表的文章《21世纪的计算技术》中提出的。他说，意义最为广泛和深远的技术是融入人们日常生活而又不被察觉的技术，21世纪的计算技术就是这样的技术。”

无所不在的技术最早的例子是电动机。“20年前，美国一个家庭主妇一天要同几十台电动机打交道。可是如果你告诉她，她会吓一跳，她根本没有意识到这个问题。起床的闹钟，电动机已经不是齿轮了。冰箱里有压缩机，是电动机。到厕所里梳头，用吹风机吹头，吹风机里也有电动机。到厨房做菜，抽油烟机里有电动机。吃完早餐，一出门，汽车里的电动机多了。所以20年前，电动机是一种无所不在的技术。

最近几年，西方发达国家的一个主妇一天可能会和几十台计算机打交道。因为闹钟是数字闹钟，里面有微处理机在控制。微波炉也智能化了，里面也有微处理机。现在一天下来，除了家里和办公室使用的PC(个人电脑)外，日常生活要用几十种微处理机。

上世纪80年代以前，是大型主干机时代，所有计算机用户共享一台大型主干机。80～90年代是个人电脑时代，每个人都有一台电脑。21世纪，每个人都享有无数电脑，因为一和互联网联上，互联网上的有关信息资源和信息处理能力都会被你享用。将来，我们不仅共享信息资源，还共享信息处理能力的资源。

下一个十亿

当计算技术逐步“无所不在”，就出现了一个问题——下一个十亿。

“2005年初，权威部门统计全世界的个人电脑将近10亿。2006年6月12日美国《商业周刊》上的一篇文章——《下一个十亿》讲，美国现在已经为下一个十亿的市场进行技术准备，因为第一个十亿主要在发达国家，很少在发展中国家。下一个十亿是在发展中国家和欠发达国家。所以美国提出，针对发展中国家和欠发展国家的电脑市场准备新的技术，占领下一个十亿的市场。麻省理工学院的专家正在为2010年研制出50美元一台的儿童电脑而努力。”

“其实这个问题早已进入中国计算机界的思考并纳入战略部署。中国科学院计算技术研究所早已有一个‘低成本信息化’的完整计划，很快就要做出千元人民币以下的新式个人计算机，口号就叫‘千元以下的计算机’，实际上是一种智能网络终端，在互联网技术和网格计算技术 ( Grid Computing ) 的基础上从网络获得信息和信息处理能力, 完全跳出 Wintel 的框框。如果陷在Wintel 的框框内不能自拔，我国要想2020年达到30%人口上网，就要付出近130万亿元人民币的总投入。从‘龙芯’到‘龙网’，采用新的观念和新技术就可以省去3/4以上。”

“如果你的全部需要只不过是收发电子邮件，何需一台足以把宇宙飞船送上月球的个人电脑？现在装备的个人电脑，中央处理器的时钟已经到几千亿周期，运算速度也到上亿次，存储容量几百兆，这个能力足以把宇宙飞船送上月球。如果只用它来收发电子邮件,是个巨大的浪费。”