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第25章 计算机技术的发展趋势(1)

报告时间:2006年7月8日

报告地点:中国国家图书馆

主讲人:凌瑞骥(清华大学计算机科学与技术系教授;中国计算机学会微型计算机分会顾问;中国UJNIX用户协会副理事长;中国软件行业协会北京市分会数据转换专业委员会理事长;曾任清华大学与美国IBM公司对等合资的北京鼎新信息系统开发公司副董事长兼总经理等职)

主持人:周孝正(中国人民大学社会学系教授)

评论人:郑也夫(北京大学社会学系教授)

刘兵(清华大学科技与社会研究所教授、中国科协一清华大学科学技术传播与普及研究中心副主任、中国科学技术史学会常务理事及综合研究专业委员会主任)

策划人:李楯(清华大学当代中国研究中心教授、清华大学公共管理学院社会政策研究所执行所长、中国人民大学法律社会学研究所所长)现在开讲

两块钱买六台大奔,你信不信?

清华大学老科技工作者协会的负责人陶森,给我出了这么一个题目,要我来讲。

这是非常难的一个题目,我试着把了解到的情况向大家作一下介绍。

今年是2006年,在60年前,也就是1946年,世界上第一台通用电子计算机在美国问世,名字叫做ENIC。今年是世界上第一台通用电子数字计算机诞生60周年,60年以后,我们来谈未来。中国有一句老话“温故而知新”,我们先简略地看看从第一台通用电子计算机到现在,这60年计算机技术的发展和变化,由此来展望。

ENIC是一个缩写,叫做“电子数字积分与计算机”(Electronic Numerical Integra—tor Calculator)。1943年6月,美国宾夕法尼亚大学和美国陆军签定了一个合同,后者将为计算新的火炮的弹道轨道而定做一台机器。而在这之前,弹道轨道用的是机电式的计算器,由二百个女孩子在那儿摇。后来,宾夕法尼亚大学有位数学家默什莱克,他萌生了一种想法,想用电子管来取代机电式的凸轮实现这个数学计算,从而大大提高计算速度。他根据这个想法写了建议书,到1943年6月,美国陆军部,实际上相当于我们军队中的军械部就和他们签了合同。之后,宾夕法尼亚大学的默什莱克教授请到一个非常杰出的物理学家,开始帮他实现他的设计。

用了两年多的时间,到1945年11月,这台机器投入联调和测试,到1946年2月14日,正式向社会公开。这时已经是二战后了,因为1945年8月15日日本投降,德国投降得更早一些,此时这个军事合同的保密期已经过去。这里有一个问题,大家都认为这是世界上第一台通用的电子计算机,后来有了一些争论,甚至争论到法庭。因为在这之前,1940年,美国伊阿华大学的阿塔纳索夫教授曾领导研制成功ABC计算机,全名是Atnasoff—Berry Computer,是由他的研究生做出的,比ENIC早了6年。

于是打官司到法庭,争论谁是世界上第一台计算机,后来法庭判定还是ENIC,因为ABC不是通用的,而且规模只有ENIC的二十分之一。所以,如今计算机界、自然科学界、工程界公认的世界上第一台通用电子数字计算机就是ENIC。

在二战时期,非通用的电子计算机也不止是ABC,在英国曾经有一台很有名的机器,后来拿到了美国,这台机器叫“巨人”,专门用来破译德国军方密码的。在1943年,德国军方有个新的发报机叫“劳伦斯”,英国人为了破译希特勒用的这台密码机——劳伦斯,就开发了“巨人”。有人说,如果“巨人”没有开发出来,可能第二次世界大战的欧洲战场就要晚结束若干年。所以说,到今天为止,我们以ENIC为准来计算,计算机的历史是60年。

ENIC是在1946年2月14日问世的,最早报道这件事情的是《纽约时报》,发布了ENIC问世的头版消息,开头就是“费城2月14日电”。这说明这是战争时期的一个绝密,现在告诉大家,一台电子数字计算机问世了,上面描写道“这台机器解数学题就像闪电一样”,当时是讲得神乎其神。我们现在讲计算机技术,都是把ENIc当作一个起点。

做这台机器的两个人,一个叫莫希莱,一个叫埃克。这台计算机有2.5米高,比姚明还高,宽十几米,摆开了,就是一台庞然大物。

可是,60年过去了,计算机技术在60年内的变化怎样呢?ENIC是在宾夕法尼亚大学诞生的,我去查宾夕法尼亚大学的网页,他们也正在纪念这件事。他们做了一个对比表,其中列有2006年英特尔公司的一个中央处理机的芯片,这个芯片是双内核的,有两个内核,他们将两者作了对比,说这是60年来神话般的进步,并将ENIC和英特尔的双内核芯片作了对比。

登场时间:双内核芯片是2006年问世,ENIC是1946年问世,相距60年。

在性能上:ENIC每秒钟做5000次加法,只是数学运算里最原始的、最基本的、也是最简单的加法。双内核的英特尔的CPU芯片的计算速度是每秒216亿次运算,这个运算还不是加法,是用一组基准的测试程序来进行的,这里面有百分之多少的加法、乘法、有浮点运算,有一个配置,按照这个配置组成的一组基准测试程序,来测这个中央处理器的性能。60年前,是5000次加法/秒,60年后,是216亿次/秒,按照基准测试程序组测试下来的运算速度。即使我们把这个速度都设定为就是加法,实际上这有点“委屈”这个芯片了,因为芯片计算的不止是加法,即使就是加法,那么,速度也提高了4000万倍。

在功耗上:ENIC的功耗是170千瓦,因为它是电子管的,每个电子管都有灯丝,要发热,而总共有18000个电子管,所以说发明ENIC的物理学家是个天才工程师。

但是,电子管有个问题,那就是故障间隔期,一个电子管平均烧多少小时就会坏。假定这个电子管做得很棒,能烧1000个小时,那么1.8万个电子管,每小时有18个电子管要坏,这个计算机怎么用?所以,这是个很大的理论和工程问题,埃克真不容易,他是物理学家,但是他有非常强的工程能力。现在双内核的CPIJ功耗最多是31瓦,功耗是减少了56000倍,速度提高了一4000万倍,功耗减少了5000多万倍。

从重量上看:这个比姚明还高,宽十几米的大家伙重量是28吨,双内核的芯片只有几克,可以忽略。

从大小上:ENIC是80×80英尺,一米等于O.328英尺,可见是一个庞然大物。

而双内核芯片是90.3平方毫米,体积缩小了60万倍。

元件密度上:ENIC是17840支电子管,英特尔的CPIJ是在一个芯片上有158万只三极管,15600万个门,一个门是一个三极管,ENIC器件的数目是英特尔CPIJ的9000倍。

从成本上:ENIC用了47.8万美金,而英特尔cPu的售价预计是637美元。要注意的是,这里说的是1946年的47.8万美金,1946年纽约的地铁票售价是5分钱,现在地铁票价可能是两块多了,如果折合到现在的钱,就不是47.8万了,可能是1000万了。我是按照没有折算的来算,是800倍,要是折算过来那就更多了。

电子计算技术在各种科学和技术的综合支撑下,在60年内,实现了难以想象的进步、变化和发展,不只是计算机本身,还有微电子技术、材料科学、微精细加工、化学等各门相关的科学和工业技术的发展,共同支撑了计算机技术大量的软件技术进步,没有软件技术的技术根本实现不了这样大的变化。

有一位很有名的计算机科学家叫费里德里克·布鲁克,他和恩格斯一样有名,是一位非常著名的计算机科学家。大家知道IBM,很长时间都是全球计算机的泰斗,或者叫“霸主”。IBM进入到这个行业来是比较晚的,它不是最早进来的,进来以后在几年之内就成为了霸主,其中一个转折点就是IBM的360系统。由于它做出了360系统,到后来370,一直到现在,这个大型的主干机系列做出来以后,它一下子就成了世界霸主。“360之父”就是这个费里德里克,尤其是360操作系统,是他领导开发成功的。

他领导了360操作系统,艰苦奋斗了三年多,获得了成功,这中间有极其痛苦而又丰富的经验教训。他就在这个基础上写了一本书——《人月神话》,现在全世界的软件界是把它看成《圣经》的。他在写这本书以后,又有一篇非常著名的文章——《没有银弹》,在这篇文章中,有一句话:“人类文明迄今,除计算机技术外,没有任何一门技术其性能价格比能在30年内增长6个数量级。”即有记载的人类文明到现在,找不出另外一门技术可以在它的性能迅速提高的同时,成本迅速降低,以至形成一个性能价格比到6个量级的变化,在短短30年内,没有第二个例子,只有计算机技术。

美国半导体业作了这样一个类比,如果机械制造,具体来说,如果汽车制造的技术能像计算机技术这样进步得快,那么到现在为止,我们在座的每一个人都能驾驶一辆时速100万英里的顶级豪华车劳斯莱斯,而只用25美分。你兜里拿出两块钱,就可以买一台。.,劳斯莱斯的价钱是多少?两年前的价钱是30万美金一台,一台劳斯莱斯可以买六台大奔。也就是说,咱们在座的每个人掏两块人民币可以买六台大奔,这个大奔的时速是每小时100万英里。可惜机械制造和汽车制造不可能像计算机发展这么快,所以他们作了这样的比方,因为如果光给你讲这些数字,你在感性上没有太大的感触。

告诉你两块钱买六台大奔,你信不信?但是计算机就是这样变来的。每个人都可以开劳斯莱斯,而只花两毛五美元,也就是两块人民币。

硬件技术发展比预想快,软件技术发展比设想慢

所以现在有一个问题了,60年来,变化这么样神速的一门技术,谁敢站在华睿讲堂上预见它的未来?这就变成问题了,我是不敢讲的,我采取的办法就是杨锦麟的办法,“有报天天读”——介绍大家一本书《Beyond Calculation》(《无法预计》),calculation的直译是“计算”,也可以翻译成“预测、预计”,书的副标题是《今后50年的计算技术》。这是一本什么书呢?1996年是ENIC问世的50周年,半个世纪。美国计算机协会(ACM)是世界上规模最大、成立最早、影响最广的一个计算机学术界和业界的组织,为了庆祝第一台数字计算机问世半个世纪,动议同时来发起组织美国的世界顶级计算机科学家和计算机产业界知名领袖,请了若干位,集体写一本书,叫做《今后50年的计算技术》。一年后,1997年,这本书出版了,正式的题目是《无法预计》,谁也不敢说能预计,虽然副标题说“今后50年”。

虽然这本书已经过去十年了,但是它集中了世界计算科学界最知名的科学家和产业界领袖的设想和思考,今天来看还有很大的参考价值。我今天来讲这个题目,就是介绍这本书里所阐述的一些想法和观点,再补充十年来的一些新的材料,特别是我们国家的一些情况。

这本书是ACM编的,ACM的网址是WWW.acm.org。美国计算机协会是全球历史最悠久、规模和影响最大的计算机教育和科研学术团体,成立于1947年,是在世界上第一台电子数字计算机ENIC问世的第二年。

在这本书里有一篇文章,是一个很重要的人写的,文章开始就讲:“谁要想对下半个世纪的计算技术做出详细和精确的预言,那他一定是个‘勇士’或是‘傻子’。”

这个“勇士”,不是褒义,而是带有贬义的。50年已经过去了,谁要想对今后50年做出预测的话,用通俗的话讲,他一定是个“傻大胆”。“但是,没有对未来的想象和预见,我们就会像一个醉汉那样盲目地徘徊,无法应对我们面临的诸多重大课题。”作者Cichard w.Hamming是ACM 1958年到1960年的主席。原文讲的是“像一个喝醉的水手”,如果像一个喝醉了的水手东摇西晃、东奔西撞,那么我们对未来的问题,就没有办法去击中。谁来做这个“傻大胆”?清华老科协主席把我放在这儿,让我做这个“傻大胆”。我们先来看看过去的有名的人的预测。

1943年,IBM的创始人、计算机产业界的泰斗汤玛斯·沃森预言:整个美国只需要5台计算机。汤玛斯·沃森是IBM的创始人,他的儿子就是领导创建360系统的人,父亲传给儿子,父子领导IBM几十年,成为世界计算机界的霸主。汤玛斯·沃森说整个美国只需要5台计算机,现在美国有多少台计算机?根据最新网上美国的报道,两亿两千多万台。到今天早上7点钟,美国人口普查局网站上给出的数字是两亿两千九百多万,将近3亿,3亿人中间,有80%的人口人手一台计算机。

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