什么是计算机发展的动力？

高性能计算机发展的动力

高性能计算机技术发展到底到了什么程度？蓬勃发展的机群系统是否可以成就高性能计算的未来？这也是对高性能计算机关注的人士所共同关心的问题。

在SC2003这次超级计算机大会上，中科院计算所专家代表团应邀参加了未来高性能计算机与网格发展的探讨。这些专家带回来的答案对我们国内目前大肆宣扬的机群高性能计算机发展方向正好唱了个反调——国际高性能计算机界的科学家们根本没有人关注Cluster今后会怎么样。“Cluster机群架构系统打开了大量高性能计算应用的大门，就如同当年386使得PC成为大众工具一样，但这并不能等同于高性能计算机技术研究的目标和方向。”这是樊建平对这种反差的解释。确实，从这次TOP500排行榜我们已经看到，美国大学的师生们已经完全可以联手搭建一台Cluster系统排行TOP500第三名，如果科学家还去关心同样的问题也实在没有太大意义。

按照惯例，作为技术领头羊的超级计算机，下一步系统研究的目标定位一定是要能比目前最好系统性能高出10倍～100倍。所以，在SC2003会议上，Petaflops系统如何搭建成了科学家们关注的焦点。樊建平解释说，“过去多年的科研结果使得目前这一批机群系统在性价比方面有很好的表现，但是向Petaflops目标前进的时候，如果再沿这条路继续往下走，成本会越来越高，功耗、可靠性、编程等一系列问题也都会显露出来，所以这条路已经被大家否定。”

那么，什么才是牵引高性能计算机下一步发展的技术动力呢？樊建平给记者讲述了SC2003大会上科学家们所探讨的几个主要方向。

首先是关于Petaflops系统体系结构，即：如何把10万个处理器连接起来？这是Petaflops时代来临之际，系统结构设计师们最为关心的问题。如果可以把10万个处理器成功连接起来，每个处理器只要达到100亿次处理速度，Petaflops系统即可以实现。同时需要指出的是，Petaflops不仅对体系结构设计者是一大挑战，对于程序编译者来说也必须采用一种全新的思路方法。

其次，带宽是下一代高性能计算机架构的另一大挑战。从某种程度上说，目前科学计算主要是受限于带宽（而不是算法），目前国际上各种高速、高带宽的互联技术已经很多，关键是一“走”PCB板就会大打折扣，这已经成为一个很大的瓶颈。为了解决这个问题，光互联技术已经在很多科学家的研究范围之内。另外，从芯片本身来说，很多研究机构正着力于把多数技术在芯片中实现，Memory-in-Processor（处理器集成到内存）、Processor-in-Memory（内存集成到处理器）等芯片技术已经取得很大进展，这将突破以往处理器和内存之间的瓶颈，从而使系统计算能力大大增强。

最后是对效率的重视。以前大家对于高性能计算机一贯是不计代价，一味追求计算速度。但现在这种趋势在变，很多人不仅开始关注高性能计算机从提出问题到解决问题所用的时间，而且会考虑单位空间的flops、单位功耗的flops，甚至单位资金投入所产生的flops等指标。

记者在网络上也看到了这样的消息，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们已经提出一种可以替代现有标准超级计算机和传统机群系统的全新超级计算机设计概念。这些科学家认为，计算的成本应当包括电能、基础设施、空调、占地空间、系统故障修复时间以及系统维护人员工资等，即应该更注重效率和可靠性，而不是超级计算机的原始速度。使用这种设计的第一台超级计算机被命名为“绿色命运（Green Destiny）”系统，基于刀片式结构，由240个计算节点组成，节点上的COTS器件安装在一块由RLX技术公司制造的、0.5英寸大小的母板刀片上（称作RLX ServerBlades）；每块母板刀片含有一个主频为633MHz的Transmeta TM5600处理器，配有256MB存储器、10GB硬盘和3个100Mbps的快速以太网接口；24块这样的母板刀片安装到一个可装卸的3U“RLX System 324”机架中，高度为5.25英寸；10组机架再通过网络开关互连，构成一台6英寸高的标准计算机机柜。据介绍，目前，“绿色命运”的运算速度为每秒1600亿次，造价仅为33.5万美元，可以与速度最快的超级计算机和群集系统相媲美，但能耗只是它们的10%，大小只是它们的25%。据该实验室的研究人员表示，在模拟实验中，如果将“绿色命运”系统的运算能力扩大2000倍，其大小只增加65倍。最为诱人的是，“绿色命运”系统能够在布满灰尘、温度高达85华氏度的房间内连续运行8个月。

另外，记者从IBM也了解到，IBM正在研发的BlueGene/L超级计算机项目到2005年最后完成时，也会在功耗、体积方面相对于目前的高性能计算机有很大改观。李国杰院士也表示，计算所下一步将会把万亿次计算机做到小塔式大小，以方便大家使用。看来，未来的超级计算机将不仅仅是计算速度的巅峰之作，同样在高效率、小体积、稳定性、节能等方面也会成为其他IT产品的典范。

网络效应主导未来计算机产业

看未来，电脑产业将从摩尔定律主导变为网络效应主导。在本次大会上，多位专家的演讲再次证明了这点。

网络效应在经济学界早已熟知了，那就是一种商品的价值随着其消费者的增多而提高。电话就是一个例子。如果全世界只有几百个电话用户，则电话的价值是不大的。公众之所以认识到了电话的价值，电话之所以能够广泛普及，在于电话用户达到了一定的临界量。用户越多，则电话的价值就越大。

对计算机而言，人们还有更精确的规律。比如，麦特考夫定律认为，电脑网络的价值正比于用户数的平方；布朗定律则称电脑网络的价值正比于网络中社区个数的指数。有的民间人士将价值称为生产力，而一些军方人士则将其价值称为战斗力。

这两条定律有三个关键点：

第一，网络要普及，不仅要有物理层面的联通，而且必须是用户看到的，能够方便地使用起来的连通。只是把电脑用网线连起来是不够的，必须在应用层面联通起来，让用户享受到高质量的服务。

第二，网络的价值随着用户数增多而超线性的增长。因此，最优化的方法是将全世界的用户(和系统、应用)都连在一个大网里，彻底消除信息孤岛。同时，在这个连通所有用户的大网里提供尽量多的社区(以及社区带来的高质量服务)，供用户选择。

第三，信息的价值正比于共享程度。网络效应的根本原因是它鼓励信息共享。因此，今后的价值优化发展趋势是，在安全和合法的范围内，最大限度地鼓励信息共享。

网络效应说明了，必须把全球的电脑资源连通为一体，最大限度地共享，方便地提供用户使用，才能最优地增大电脑网络的价值，才能促进电脑的广泛普及。

与会的学者认为，今后20年，摩尔定律仍然将是电脑产业界的基本定律。但是摩尔定律是电脑产业共同的定律，它的一个后果就是大路货化、同质竞争。每一个创新团队要想突破同质竞争、提高竞争力，必需深入思考如何有效地利用摩尔定律去最大限度地发挥网络效应。在今后10年之内，我们将看到两种趋势：

首先,是网络应用，即网络服务将成为最重要的电脑应用。其次是计算机电子中的多种接入设备(如数码相机)和传感器设备(如RFID设备)在很多时候将可能是离线方式工作，成为看起来是单独工作的计算机电子设备。如果我们将时间尺度拉长到今后20年，随着无线通信技术的进展，计算机电子设备(第二次数字浪潮)的缺省方式将有可能变成在线方式，随时随地连通到信息网络的虚拟世界。

其次，Internet路线将成为主流技术路线。基于先进技术和同行共识的开放标准是主要的目标。人们更加主动地参与电脑网络的创新和应用；人们的利益更加得到体现。广大用户不仅是被动的用户和消费者，他们同时将成为信息技术和信息资源的生产者和开发者。信息技术厂家和运营商将难以垄断市场，控制人们的行为。由于网格化趋势，以及由此产生的网络效应、小世界现象、病毒性市场现象，信息产业的技术门槛降低。个人、志愿者团体、小公司产生的先进技术比现在更有可能流行。一个优秀的、领导性的小团队也可能影响产业。

网格计算——未来计算的时代标志

如果我们从用户角度看计算机系统总体结构从1960年到2020年的演变，我们可以总结一条历史经验，姑且称之为三国定律：“天下大势：分久必合、合久必分”；每个分、合阶段大约主导15年。我们已经经历了三种模式。大型机/终端是早期的主导模式，其主要优点是使用方便和易于管理，其主要缺点是开放性差、不易扩展以及价格昂贵。为克服这些缺点，客户/服务器模式应运而生。集中在大型主机中的服务器功能被打散分布到多台独立的开放式服务器，通过网络与各类客户机(工作站、PC，网络终端，NC等)相联。服务器聚集又被称为互联网数据中心(IDC)和服务器堆模式。它用一套物理上集中式服务器同时提供多台独立服务器的功能，并将尽量多的功能从客户端移回集中式服务器端，以提高系统的可管理性。

中科院计算所徐志伟副所长认为，我们目前正在进入一个新的“分”的阶段，即服务器聚集物理上分散到各地，但仍然保持虚拟的单一系统映像。这也可以看成是一种特殊的“合”，即多个IDC的资源被互连成为一个虚拟的网格计算机，各种客户端设备通过功用方式使用网格资源。在这个网络计算时代，孤立的计算机系统、软件和应用将被网络化的产品和服务取代。世界将被互连成为一个开放的、一体化的、资源共享的全球电脑网络，也称为全球大网格，这是电脑广泛普及的必然要求。在兰德公司对于未来信息产业的5项预测中，后4项(广泛互联、普遍计算、传感器、信息网格)都是网格化趋势的一个侧面。

本次大会的相关专家认为，网格化趋势将是计算机广泛普及的主要技术推动力。网格化的特征是网络化、服务化。它将使得网络效应逐步得到充分发挥，从而推动电脑的广泛普及。全球电脑网络将演变成为有结构的小世界。它通过自我组织、通过成长，演变成为一个符合幂数律的动态开放的人机社会。物理世界、数字虚拟空间、人类社会三个世界将通过接入设备(接口设备)和传感器连通成为一个三元世界，组成数字社会。

对于企业来讲，网格计算的核心思想是作为公用设施进行计算。企业用户不用关心数据的位置，或者由哪台计算机处理他的请求，他都能够请求信息或计算，然后发布。这与电力公用设施工作的方式类似，用户并不知道发电机的位置，也不知道电力网的连接方式，用户只需要提出供电请求，就可以获得电力。网格计算的目标就是使计算成为一项公用设施。

实现公用计算有很多途径。最常用的方法是简单地对已有技术提供新的许可政策。例如，一些服务器厂商提倡对大型对称多处理(SMP)服务器进行划分，然后在需要时启动备用处理器功能。这种模式在多年以前就曾在大型机上推行过。

虽然这些大型SMP服务器可以按需提供计算能力，从而实现公用计算，但这些系统的成本并不低。最后，SMP服务器还是需要使用特殊且昂贵的技术来构建，并存在可伸缩性问题。实际上，这种按需计算就像一个大型机，存在高成本和局限性等问题。因此实现真正的技术革命需要寻找其他途径，而这种其他的途径之一就是网格。

从根本上说，网格计算是一个全新的计算体系结构，是为解决公用计算需求而设计的。网格计算将大量服务器和存储器集中在一起，成为一项满足所有企业计算需求的灵活的资源。商务应用程序通过用于身份管理、资源供应等的通用Web服务与网格计算基础架构连接在一起。网格计算基础架构不断分析资源需求，并相应调整资源供应。

点评：通过此次国际计算机创新大会，给记者感触最深的是，普及化、数字化和广泛互联将是未来计算机发展的主要趋势。从应用角度看，大众化、网络化、低成本是决定计算机发展的动力。在未来，任何计算终端都将拥有一定数据处理能力，计算机的发展最终将彻底改变人类的生活方式。

1985年以前，计算机应用一般是以单台计算机构成的单主机计算模式。

单主机计算模式又可细分为两个阶段。单主机计算模式的早期阶段，计算机应用系统所用的操作系统为单用户操作系统，系统一般只有一个控制台，限于单项应用，如劳资报表统计等分时多用户操作系统的研制成功，以及计算机终端的普及使早期的单主机计算模式发展成为单主机——多终端的计算模式

在单主机——多终端的计算模式中，用户通过终端使用计算机。每个用户都感觉好象是在独自享用计算机的资源，但实际上主机是在分时轮流为每个终端用户服务。

单主机——多终端的计算模式在我国当时一般称为“计算中心”，在单主机模式的这个阶段中，计算机应用系统中已可实现多个应用（如物资管理和财务管理）的联系，但由于硬件结构的限制，我们只能将数据和应用（程序）集中地放在主机上，因此单主机——多终端计算模式有时也被称为集中式的企业计算模式。

发展史

一：以单计算机为中心的联机终端系统

计算机网络主要是计算机技术和信息技术相结合的产物,它从20世纪50年代起步至今已经有50多年的发展历程,在20世纪50年代以前,因为计算机主机相当昂贵。

而通信线路和通信设备相对便宜,为了共享计算机主机资源和进行信息的综合处理,形成了第一代的以单主机为中心的联机终端系统。

在第一代计算机网络中,因为所有的终端共享主机资源,因此终端到主机都单独占一条线路,所以使得线路利用率低,而且因为主机既要负责通信又要负责数据处理,因此主机的效率低。

而且这种网络组织形式是集中控制形式,所以可靠性较低,如果主机出问题,所有终端都被迫停止工作。

面对这样的情况,当时人们提出这样的改进方法,就是在远程终端聚集的地方设置一个终端集中器,把所有的终端聚集到终端集中器,而且终端到集中器之间是低速线路。

而终端到主机是高速线路,这样使得主机只要负责数据处理而不要负责通信工作,大大提高了主机的利用率。

二：以通信子网为中心的主机互联

随着计算机网络技术的发展,到20世纪60年代中期,计算机网络不再极限于单计算机网络,许多单计算机网络相互连接形成了有多个单主机系统相连接的计算机网络,形如下图:

这样连接起来的计算机网络体系有两个特点:

①多个终端联机系统互联，形成了多主机互联网络

②网络结构体系由主机到终端变为主机到主机

后来这样的计算机网络体系在慢慢演变,向两种形式演变,第一种就是把主机的通信任务从主机中分离出来,由专门的CCP(通信控制处理机)来完成。

CCP组成了一个单独的网络体系,我们称它为通信子网,而在通信子网连基础上接起来的计算机主机和终端则形成了资源子网,导致两层结构体现出现。

Internet在中国的发展历程可以大略地划分为三个阶段：

第一阶段为1987—1993年，也是研究试验阶段。在此期间中国一些科研部门和高等院校开始研究InternetInternet技术，并开展了科研课题和科技合作工作，但这个阶段的网络应用仅限于小范围内的电子邮件服务。

第二阶段为1994年至1996年，同样是起步阶段。1994年4月，中关村地区教育与科研示范网络工程进入Internet，从此中国被国际上正式承认为有Internet的国家。

之后，Chinanet、CERnet、CSTnet、Chinagbnet等多个Internet络项目在全国范围相继启动。

Internet开始进入公众生活，并在中国得到了迅速的发展。

至1996年底，中国Internet用户数已达20万，利用Internet开展的业务与应用逐步增多。

第三阶段从1997年至今，是Internet在我国快速最为快速的阶段。

国内Internet用户数97年以后基本保持每半年翻一番的增长速度。增长到今天，上网用户已超过1000万。

据中国Internet络信息中心（CNNIC）公布的统计报告显示，截至2003年6月30日，我国上网用户总人数为6800万人。这一数字比年初增长了890万人。

与2002年同期相比则增加了2220万人。

扩展资料：

主要作用

计算 网络的主要作用是数据传输和资源共享，其次是提高计算机的可靠性和易于分布处理。

数据传输是计算机网络的基本功能，用于实现计算机之间的数据信息的传输，这一功能为分布在各地的计算机用户提供了强有力的通信手段。

数据传输的最常见形式就是电子邮件。电子邮件和普通邮件相比具有快捷、低价的优点，很受人们的欢迎。只要是能够数字化的信息，如程序、文字、声音、图片、影像等都能作为电子邮件的内容在网上进行传输。

资源共享是现代计算机网络的最主要的作用，它包括软件共享、硬件共享及数据共享。

软件共享是指计算机网络内的用户可以共享计算机网络中的软件资源，包括各种语言处理程序、应用程序和服务程序。

参考资料来源：百度百科- 计算网络

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