未來的計算機的發展方向是什麼?全球掌握最高端計算機技術的企業intel、amd的cpu或amd nvidia的gpu是不是未來計算機發展的方向?這個問題猶如宇宙的終極問題,沒有乙個最終的答案。當前,計算機技術已經開始出現多樣發展的勢頭,如多核平行計算、雲計算、dna計算機、量子計算機等,其中哪乙個都不能代表未來的技術。被人類普遍看好的量子計算機的計算能力還很弱,看不出有一統天下的能力;dna計算機依賴於化學的湯水,實在看不出有什麼高明的地方;多核平行計算、雲計算已經把矽片的能力應用到極限,看來也已經沒有在發展的前景了。針對這種狀況,筆者研究道cpu、道指令多年,根據計算最基本的原理:比較、選擇,提出一種利用光計算的不同於其他計算形式的計算技術,並能用相對底端的材料實現。
這種計算技術主要利用光進行大規模比較、大規模選擇選擇的特性,可以創造出比當今計算技術更先進、效能更高的計算機來。
以色列lenslet公司研發的卓越效能的光學數字訊號處理器,突破現今的cpu執行方式,對我們設計cpu是乙個很大的啟示,有的人可能認為它還不先進,如不是真正的完全光實現的cpu。其實,筆者看來,真正的完全光實現的cpu如在指令形式上沒有改變,那麼他與普通cpu也沒有兩樣,要真正利用光的用處,還必須用道指令來指導未來cpu的運作。現在,筆者在此光學數字訊號處理器(不知用光廣播和傳送訊號有沒有被申請專利,如有大家將來可能就陷入黑暗世界了)基礎上,稍微改造一下,用來執行道指令。
這種利用光來運作道指令的道cpu暫時稱為光cpu,暫時還不能執行在目前任何電子器件上,因為要做到每條道指令有光解碼器基本上很難,或者成本非常貴。以色列lenslet公司研發的光學數字訊號處理器也只有區區256個處理器,乙個處理器加上乙個光解碼器,成本上還可以說得過去。而道指令可能有成千上萬條指令,需要千上萬個光解碼器,如此龐大的光解碼器矩陣,除非有無限的資金支援才可以做到,在這裡提出僅作為一種道cpu設計的可能的方案。
目前的中國科研狀況,基本上也不能支援如此不切合實際的方案,不管民間或國家的力量都不能做到。國家的科研要端平快,任何國外沒有實現的方案,科研工作人員基本不敢插手,以防萬一出現問題,留下終身遺憾。民間投資力量更不可能把有限的資金投入到基礎科研當中,以防充當科研的炮灰,成為業界笑料。除了這兩方以外,中國可以創造出真正領先國際的科研成果基本上只有「民科」的力量,想當年,陳景潤乙個非專家、教授的普通人,僅靠自身力量和毅力,弄出了真正世界級的科研成果,最後終於修成正果,是古今往來第一人。
但陳景潤的時代已經過了,那時人的理想是當科學家,現代人的理想是當「**」。多少歷史往事都會讓人感嘆,「無可奈何花落去似曾相識燕歸來」,每當我們走上經濟的高峰,知識分子就會像過街老鼠一樣,惶惶不可終日。讓我們為有為人類發現自然規律理想的「民科」們表示尊敬吧!因為他們不是為自己而是為全人類在奮鬥。
上面提到未來高效能計算機將充分利用光的傳播特性,而道cpu因每條道指令相當於乙個處理器,更是需要比高效能計算機更多的處理單元,利用光的傳播特性是未來建造高效能道cpu的一條道路,現在,簡單介紹一下利用光建造道cpu的方案:
通訊工具:光
選擇、比較單元:矽片電路
儲存單元:記憶體
首先用道指令把問題編成道程式,儲存在矽片電路上,其中每條道指令的輸出對應乙個記憶體資料,光讀器件(每個記憶體可以單獨配備光讀器件),從記憶體不斷讀出資料,並按一定方式編碼成光束,光束直接照射到大規模選擇單元上,大規模選擇單元同時解碼出資料與它本身道指令比較,如吻合就開啟乙個開關讓選擇光訊號通過,當大規模選擇單元全部開關開啟時的選擇光訊號就通過了,並啟用選擇(計算)矽片電路輸出資料到記憶體中。光讀器件再迴圈動作,這樣乙個道cpu就實現了。
它可以用在諸如許多目前計算機不能(或很慢)處理環境上。如現代的網路處理器一般要處理多個網路埠的資料,把資料輸出到其中乙個(或多個)網路埠,所依賴的傳輸通道是點對點的物理通道,而利用道指令,對網路埠進行程式設計,利用光cpu就可以快速處理網路傳輸的資料了。如在大規模集中計算的環境中同樣利用光cpu,就可以實現比目前千萬億次的高效能超級計算機還要高的計算。如在人工智慧中利用光cpu就可以模擬出真實人類大腦的計算來。
上述光cpu主要依據道指令技術,在未來的計算需求中將發揮很大作用,像中國目前cpu技術處處受制外國專利技術的時候,可以大力發展光cpu技術,從未來的高度起步,可以擺脫目前高科技受制於人的局面。
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