浅谈未来计算技术-水电煤气般的基础设施

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文：Ser Charles

计算技术，一直是IT领域发展的重要技术。从ENIAC，到现在的PC机与移动端，计算机计算能力经历了多次飞跃。而超级计算机，云计算，移动计算技术，则找到了结合多台计算设备的方法，充分发挥现有的计算能力。未来的量子计算，类脑计算，光计算则是对现有电子计算机框架的巨大突破，他们看起来也不再那么遥远。

一． 超级计算机技术：历久弥新的主题

超级计算机是一种由数百、数千甚至更多的处理器(机)组成的，能计算普通PC机和服务器不能完成的大型、复杂课题的计算机。它早在上世纪七八十年代就已经兴起。而直到现在，超级计算技术仍是世界各国，尤其是中国努力发展的对象。中国的“天河二号”在2013年成功登顶，而全国产芯片的“神威·太湖之光”则继续让中国坐稳超级计算的宝座。

技术

根据“摩尔定律”，单个CPU计算能力每18个月翻一倍。但是，这远远不够解决一些大型问题，比如气象学，物理学，地质学研究，高精尖武器和技术的研究问题。因此，基于并行计算的超级计算机横空出世。

它使用并行计算方式运算，并行计算就是把一个复杂问题分成多个子问题，让每个cpu解决一个子问题，然后再把子问题的解汇合。

每个超级计算机由多个机柜组成，每个机柜有很多CPU。它们通过高速互联网共享数据。

应用

超级计算机应用前景十分广阔，能被应用于关乎国计民生的许多重要领域和科技前沿。

：气象学，地震学，天文学研究。

这些方面的研究都需要处理大量数据，因此需要大量的计算资源。比如气象学需要处理大量的实时气象数据，而且需要高速，否则就失去了天气预报的准确性。而地震学，天文学要处理的地质，星体辐射等数据也非常大。这些数据已经超过TB,到达PB级别了！非超算难以处理。

：高精尖武器，宇宙飞船的研究

在禁止试爆核武器后，很多核武器的研究工作就转而用超级计算机模拟进行了。而宇宙飞船这种耗资巨大的复杂项目，在完成前也需要大量的电脑模拟等工作，这都需要超算。

：人工智能与大数据

现在人工智能的核心技术---深度学习，需要大量样本训练。而大数据要处理的也是大量的数据。想要迅速搞定这些工作？非超算不可！

1990年我国就建立了智能计算机研究中心，用超算进行人工智能的研究。

二：云计算与移动计算：新兴的宠儿，未来的“基础设施”

想弄明白“云计算”，得先知道“云”是什么。云就是互联网。

云计算的定义很多：现阶段广为接受的是美国国家标准与技术研究院（NIST）定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。

而移动计算，则是云计算和物联网技术的融合。它能充分利用移动设备与嵌入式设备的计算能力，也能实现数据从移动端到网络的传输。

1.

技术：

分布式计算

分布式计算，就是让本该一个计算机完成的事，分给多台计算机做，从而有效利用闲置的计算资源，快速高效完成大型任务。这就需要三步：1：把大任务分解成一个个小任务2：把小任务分配给各台计算机，分别计算3：通过网络汇总小任务的结果，综合得到大任务结果

这有许多优势：一方面，它能充分利用闲置的计算资源，共享稀缺资源；另一方面，它由于利用互联网和大量分布在世界各地的计算机，大大降低了成本（性价比高于超算）；最后，它能够有效按计算能力，网络带宽等因素分配工作负载，从而提高效率。

2.应用和前景

：AI与大数据

AI，大数据领域需要处理大量的数据，使用普通PC显然做不到，超算又太贵，云计算无疑是理想选择。

：物联网

云计算能用于处理物联网时代的大量数据。

移动计算，是物联网核心技术之一。使用移动计算，我们既可以有效利用嵌入式模块的计算能力，又能实现移动端---计算机的数据共享。但目前移动计算在数据存储，信息同步方面还不够成熟。

3：未来的“基础设施”

云计算在未来会成为一个重要的基础设施。就像插上插头就能用电，而不用管电力的产生，传输，分配一样，我们未来的计算资源也可能这样：按需分配，面向用户。

现在云计算的应用就可见其端倪：人们通过云服务获取计算资源，进行数据存储与同步（比如云盘，游戏数据的云存储）。

三：量子计算，光计算，类脑计算。。。

这是三种通过物理，生物学革新，突破现有冯诺依曼电子计算机体系的新型计算机。

前两种能大大提高计算速度，量子计算机能凭借量子的多种自旋方式提高数据安全性，类脑计算则能模拟生物结构，对解决人工智能问题有重要作用。

这些技术看似遥远，实际上也不远。人类科学界近几年对此有重大突破。比如中科大潘建伟院士成功卓著，微软甚至开发了第一款量子计算机编程语言。

但是，他们也没那么近。毕竟，它们在基础理论上还没完善，还没办法构建通用计算机（现在的量子计算机都是专门解决某个特定问题的），更不用说对计算机程序语言，操作系统，应用软件的完善了。