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淺談芯片智能技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

作者:RFID世界網(wǎng) 收編
來源:CBSi中國·ZOL
日期:2011-01-19 09:31:55
摘要:本文從氣象預(yù)報(bào)、物聯(lián)網(wǎng)和石油勘探三個(gè)方面介紹了其技術(shù)的發(fā)展以及芯片在應(yīng)用創(chuàng)新中扮演的重要角色。
  人類因想像而感知世界,人類也在想像中改變未來。從鳥兒在空中翱翔獲得靈感,到萊特兄弟發(fā)明飛機(jī);從嫦娥奔月的動(dòng)人傳說,到“神七”飛天的偉大實(shí)踐……改變世界,改變生活,離不開你我的想像。

  1997年,當(dāng)世界冠軍卡斯帕羅夫在與“深藍(lán)”的“人機(jī)大戰(zhàn)”中落敗后,計(jì)算機(jī)的“智能”讓人們得到了全新的認(rèn)識(shí)。那時(shí)的“深藍(lán)”,就是一臺(tái)裝載有32個(gè)并行處理器的高性能計(jì)算機(jī),每秒能分析2億步棋,幾乎代表了當(dāng)時(shí)最高的計(jì)算水平。

  時(shí)隔多年,當(dāng)年處于頂級(jí)水平的“深藍(lán)”,可能就是現(xiàn)在某個(gè)實(shí)驗(yàn)室里一臺(tái)中等配置的服務(wù)器的水平。而當(dāng)年只有“人機(jī)大戰(zhàn)”才用到的超級(jí)計(jì)算,目前早已滲透到了我們?nèi)粘I畹姆椒矫婷?。例如,有車一族一刻也離不開的汽油,其原料——石油的勘探在今天就必須借助高性能計(jì)算機(jī)來進(jìn)行地震波計(jì)算、分析,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行油藏模擬,從而達(dá)到精準(zhǔn)定位的效果;又如,越來越準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào),也是氣象學(xué)家們利用高性能計(jì)算機(jī)對海量氣象資料進(jìn)行科學(xué)處理、分析后得出的;再如,生物學(xué)研究領(lǐng)域的基因比對,制造行業(yè)的高精尖產(chǎn)品開發(fā)和模擬測試,乃至目前熱門網(wǎng)絡(luò)游戲的研發(fā)和運(yùn)營,其背后都離不開高性能計(jì)算的鼎力支持。

  而事實(shí)上,無論是大到高達(dá)數(shù)千萬億次的高性能計(jì)算機(jī),還是小到一部智能手機(jī),都離不開芯片的支持。如果說高性能計(jì)算是我們探知未知世界的“魔法盒”的話,那芯片就是打開這個(gè)神奇“魔法盒”的鑰匙。伴隨著硅技術(shù)和工藝制程技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)今的芯片已經(jīng)能在單位面積內(nèi)集成更多的晶體管。以英特爾今年初發(fā)布的32納米工藝的至強(qiáng)5600芯片為例,它在240平方毫米的硅片上集成了11.7億個(gè)晶體管。未來,芯片技術(shù)依然會(huì)在摩爾定律的指引下,向著更高性能、更低功耗的方向發(fā)展。改變世界,改變生活,正在從“芯”開始。

  氣象預(yù)報(bào):精準(zhǔn)背后的推手

  2001年冬一場小雪讓北京交通癱瘓和2008年奧運(yùn)會(huì)開幕前每隔1小時(shí)的天氣預(yù)報(bào),讓人們對天氣的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)有了更高的期待?;仡^來看中國的氣象通信發(fā)展,可謂是中國氣象預(yù)報(bào)60多年發(fā)展的一個(gè)縮影。

  60多年前,中國氣象局通信臺(tái)里有100多人坐在電報(bào)機(jī)前,在不絕于耳的嘀嗒聲中收發(fā)著氣象電報(bào);60多年后,中國氣象局通信臺(tái)里只有六七個(gè)人管理著大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),通過空中衛(wèi)星與地面通信網(wǎng)絡(luò)收發(fā)來自海陸空的多種氣象資料。 

  與此同時(shí),人們都覺得,現(xiàn)在的天氣預(yù)報(bào)是越來越準(zhǔn)確了。這中間,新科技手段和設(shè)備在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用是一個(gè)重要的原因。比如說,氣象衛(wèi)星是提供全球氣象資料的現(xiàn)代化探測工具,它大約一個(gè)多小時(shí)就可以繞地球一圈。衛(wèi)星上的電子通訊裝置能將衛(wèi)星觀測到的資料、圖片、數(shù)據(jù)自動(dòng)地傳輸給地面的接收站。 

  除了衛(wèi)星的運(yùn)用以外,大型計(jì)算機(jī)在天氣預(yù)報(bào)中也占有越來越重要的位置。因?yàn)樘鞖庾兓囊蛩赝鞘謴?fù)雜的,因此現(xiàn)代氣象觀測的手段也是多種多樣的,如上面所說的衛(wèi)星觀測還只是其中之一。此外還有高空探測儀、地面觀測站、海洋觀測船、高山觀測點(diǎn)等等。這些由各地以各種手段測報(bào)來的數(shù)據(jù)資料,還須進(jìn)行綜合分析,光靠人工運(yùn)算,速度是肯定來不及的。目前,美國、日本等發(fā)達(dá)國家,在氣象預(yù)報(bào)中心使用的大型計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度已達(dá)每秒鐘上百萬億次。這些計(jì)算機(jī)為氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性立下了汗馬功勞。 

  2006年,日本甚至公布了雄心勃勃的超長天氣預(yù)報(bào)計(jì)劃——對未來30年里將發(fā)生的包括臺(tái)風(fēng)、暴風(fēng)、暴雪、干旱以及其它惡劣天氣進(jìn)行預(yù)測。該項(xiàng)工程從2007年啟動(dòng),由一臺(tái)世界上運(yùn)算速度最快的服務(wù)器擔(dān)負(fù)起這項(xiàng)預(yù)測任務(wù)。該項(xiàng)目是日本文部科學(xué)省為繪制未來300年全球變暖趨勢圖而進(jìn)行的研究的一部分。利用那臺(tái)位于日本橫濱飛機(jī)庫大小的一所建筑內(nèi)的超級(jí)電腦,日本科學(xué)省希望能借此計(jì)算出大氣壓、空氣溫度、洋流和海洋溫度相互作用的長遠(yuǎn)模式圖。計(jì)算結(jié)果將有助于預(yù)測臺(tái)風(fēng)路線,這樣就可以知道哪些地區(qū)有可能成為大雨、暴雪、巨浪、颶風(fēng)、熱浪或威脅農(nóng)作物干旱所襲擊的對象。 

  物聯(lián)網(wǎng):改變從身邊做起 
 
  “2020年02月02日 02時(shí)02分02秒,數(shù)以萬計(jì)的英國青年男女都打算在這一刻登記結(jié)婚,以便趕上‘好事成雙’的吉利時(shí)刻。但他們并不打算去相關(guān)機(jī)構(gòu)排隊(duì)等待,而是計(jì)劃通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)愿望。他們要做的,只是在各種信息終端中預(yù)先設(shè)置好結(jié)婚登記請求,在那個(gè)時(shí)刻到來之時(shí),他們的終端自動(dòng)將這些請求同步發(fā)送到了相關(guān)機(jī)構(gòu)的服務(wù)器中,隨即就順利接收到了結(jié)婚證明和政府為新人定制的3D大喜字一對,之后它們立即提醒主人查收信息和這份特別的禮物。物聯(lián)網(wǎng)在這次特別行動(dòng)中迅捷、穩(wěn)定的表現(xiàn),得到了英國各島廣大群眾的一致好評,不少群眾紛紛走上街頭,表達(dá)對‘物聯(lián)網(wǎng)’給生活帶來便利的喜悅之情……” 

  上面這段簡短的描述,是英國人預(yù)想的在物聯(lián)網(wǎng)世界中的生活。實(shí)際上,按照目前科技的發(fā)展速度,用不了到2020年,人們已經(jīng)可以享受到物聯(lián)網(wǎng)給生活帶來的便捷。很多IT專家都將其與計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)并重,稱其為信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。

  物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì),就是要把人、物和網(wǎng)絡(luò)連接起來,進(jìn)行信息交換和通訊。它們可以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能,并且彼此溝通和協(xié)作。物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別在于:現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)上各種終端之間、它們與服務(wù)器端和存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的溝通與互相響應(yīng),其實(shí)都是有人在后面操作和控制的,但是在未來的物聯(lián)網(wǎng)里,物與物、物與人以及物與計(jì)算機(jī)設(shè)備之間的協(xié)作則要實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化,不需要人們花費(fèi)太多的時(shí)間去介入、控制和管理。

  舉例來說,一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的超市,其物流完全可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的管理。例如它可以通過設(shè)置在貨架和倉庫中的RFID標(biāo)簽讀取設(shè)備了解存貨信息,一旦要出現(xiàn)缺貨現(xiàn)象時(shí),它就會(huì)立即將信息發(fā)送給超市的服務(wù)器系統(tǒng),并由它自動(dòng)聯(lián)系行駛在路上的眾多送貨車輛里的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),查找哪輛貨車中有足夠的相應(yīng)商品,最后才會(huì)通知相關(guān)的司機(jī),讓他將車駛向缺貨的超市,而此前的一切計(jì)算和通信的過程,都無需人工介入。

  從上面的例子不難看出,即時(shí)了解外界的環(huán)境和需求變化,并就變化進(jìn)行智能化、自動(dòng)化的信息處理和通信就是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。而這一技術(shù),其實(shí)就是智能計(jì)算技術(shù)。

  以當(dāng)前芯片智能技術(shù)領(lǐng)先的英特爾公司為例,英特爾將會(huì)在未來的處理器中增添更多更高級(jí)別的智能計(jì)算要素和功能。而通過融合所有的智能計(jì)算要素和功能,英特爾希望達(dá)到的近期目標(biāo),就是在2015年時(shí)有150億個(gè)終端設(shè)備能夠接入互聯(lián)網(wǎng),彼此相連并可能無需人工干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)溝通和協(xié)作,而其遠(yuǎn)期目標(biāo),則是要在未來的40年內(nèi)讓機(jī)器變得像人一樣“聰明”。

  石油勘探:節(jié)省成本的秘密

  當(dāng)21世紀(jì)的中國大步邁向汽車時(shí)代的時(shí)候,仿佛所有的中國人一夜之間突然都對石油產(chǎn)生了強(qiáng)烈的“渴”望。如何找到新的油藏或者如何讓老油田重新煥發(fā)青春,成為了石油勘探行業(yè)最為緊迫的任務(wù)。

  在石油企業(yè)勘探所需要的費(fèi)用中,鉆井的費(fèi)用是非常高的,打一口井往往需要上千萬甚至上億元。通過科學(xué)的物探方法,加快勘探速度、提高勘探精度、準(zhǔn)確地確定高產(chǎn)井位將是節(jié)約巨大的鉆井投資的有效之法。  

  在高性能計(jì)算未被廣泛應(yīng)用時(shí),石油勘探的時(shí)間非常長,準(zhǔn)確性低。而通過運(yùn)用高性能計(jì)算解決PC集群大量的并行計(jì)算問題,石油勘探行業(yè)用戶能夠大大提高勘探的精度,縮短勘探時(shí)間。 

  特別是,近年來隨著處理器性能的大幅度提升,使得科研人員有可能通過基于量子力學(xué)理論的計(jì)算模擬,從物質(zhì)的微觀性質(zhì)做起,逐步了解地下這些物質(zhì)在高溫、高壓狀況下究竟會(huì)產(chǎn)生什么樣的變化。以往,人們對于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分的認(rèn)識(shí),很大一部分是通過對天然地震波進(jìn)行分析并加以推斷得到的?,F(xiàn)在技術(shù)人員完全可以更多地依賴計(jì)算,通過在高性能計(jì)算機(jī)上的模擬實(shí)驗(yàn)來了解地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和成分。

  地震數(shù)據(jù)處理作為地震勘探的主要組成部分,是石油天然氣勘探開發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈中對油田勘探開發(fā)效益影響最大、技術(shù)含量最高的一環(huán)。自從人類采用地震波數(shù)據(jù)采集和還原地質(zhì)構(gòu)造以來,技術(shù)也在不斷地更新?lián)Q代。其中。地震數(shù)據(jù)的采集從上世紀(jì)70年代的2D采集,逐漸發(fā)展到3D采集,直到現(xiàn)在的3D全方位角采集,地震數(shù)據(jù)量也隨之呈幾何級(jí)的增長,對計(jì)算機(jī)的性能提出了更高的要求。

  目前,英特爾針對未來高性能計(jì)算需求和應(yīng)用的發(fā)展趨勢及特點(diǎn),開始了新一輪的創(chuàng)新。例如英特爾宣布計(jì)劃推出基于英特爾集成眾核(MIC)架構(gòu)的全新產(chǎn)品。這種架構(gòu)有助于輕松打造每秒萬億次計(jì)算的平臺(tái)。

  以上,我們從氣象預(yù)報(bào)、物聯(lián)網(wǎng)和石油勘探三個(gè)方面介紹了其技術(shù)的發(fā)展以及芯片在應(yīng)用創(chuàng)新中扮演的重要角色。事實(shí)上,和我們息息相關(guān)的領(lǐng)域還有很多,比如電子病歷、區(qū)域醫(yī)療;再比如智能交通建設(shè);再比如未來的4G通信,再比如如何一卡行天下……等等,這些都將在我們后續(xù)的文章中給以詳細(xì)的介紹。而以上種種這一切,都會(huì)在信息技術(shù)、芯片技術(shù)等不斷發(fā)展、不斷創(chuàng)新的推動(dòng)下逐一實(shí)現(xiàn)。未來值得我們期待! 
  
  在高性能計(jì)算未被廣泛應(yīng)用時(shí),石油勘探的時(shí)間非常長,準(zhǔn)確性低。而通過運(yùn)用高性能計(jì)算解決PC集群大量的并行計(jì)算問題,石油勘探行業(yè)用戶能夠大大提高勘探的精度,縮短勘探時(shí)間。 

  特別是,近年來隨著處理器性能的大幅度提升,使得科研人員有可能通過基于量子力學(xué)理論的計(jì)算模擬,從物質(zhì)的微觀性質(zhì)做起,逐步了解地下這些物質(zhì)在高溫、高壓狀況下究竟會(huì)產(chǎn)生什么樣的變化。以往,人們對于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分的認(rèn)識(shí),很大一部分是通過對天然地震波進(jìn)行分析并加以推斷得到的?,F(xiàn)在技術(shù)人員完全可以更多地依賴計(jì)算,通過在高性能計(jì)算機(jī)上的模擬實(shí)驗(yàn)來了解地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和成分。

  地震數(shù)據(jù)處理作為地震勘探的主要組成部分,是石油天然氣勘探開發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈中對油田勘探開發(fā)效益影響最大、技術(shù)含量最高的一環(huán)。自從人類采用地震波數(shù)據(jù)采集和還原地質(zhì)構(gòu)造以來,技術(shù)也在不斷地更新?lián)Q代。其中。地震數(shù)據(jù)的采集從上世紀(jì)70年代的2D采集,逐漸發(fā)展到3D采集,直到現(xiàn)在的3D全方位角采集,地震數(shù)據(jù)量也隨之呈幾何級(jí)的增長,對計(jì)算機(jī)的性能提出了更高的要求。

  目前,英特爾針對未來高性能計(jì)算需求和應(yīng)用的發(fā)展趨勢及特點(diǎn),開始了新一輪的創(chuàng)新。例如英特爾宣布計(jì)劃推出基于英特爾集成眾核(MIC)架構(gòu)的全新產(chǎn)品。這種架構(gòu)有助于輕松打造每秒萬億次計(jì)算的平臺(tái)。

  以上,我們從氣象預(yù)報(bào)、物聯(lián)網(wǎng)和石油勘探三個(gè)方面介紹了其技術(shù)的發(fā)展以及芯片在應(yīng)用創(chuàng)新中扮演的重要角色。事實(shí)上,和我們息息相關(guān)的領(lǐng)域還有很多,比如電子病歷、區(qū)域醫(yī)療;再比如智能交通建設(shè);再比如未來的4G通信,再比如如何一卡行天下……等等,這些都將在我們后續(xù)的文章中給以詳細(xì)的介紹。而以上種種這一切,都會(huì)在信息技術(shù)、芯片技術(shù)等不斷發(fā)展、不斷創(chuàng)新的推動(dòng)下逐一實(shí)現(xiàn)。未來值得我們期待! 
  
  在高性能計(jì)算未被廣泛應(yīng)用時(shí),石油勘探的時(shí)間非常長,準(zhǔn)確性低。而通過運(yùn)用高性能計(jì)算解決PC集群大量的并行計(jì)算問題,石油勘探行業(yè)用戶能夠大大提高勘探的精度,縮短勘探時(shí)間。 

  特別是,近年來隨著處理器性能的大幅度提升,使得科研人員有可能通過基于量子力學(xué)理論的計(jì)算模擬,從物質(zhì)的微觀性質(zhì)做起,逐步了解地下這些物質(zhì)在高溫、高壓狀況下究竟會(huì)產(chǎn)生什么樣的變化。以往,人們對于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分的認(rèn)識(shí),很大一部分是通過對天然地震波進(jìn)行分析并加以推斷得到的。現(xiàn)在技術(shù)人員完全可以更多地依賴計(jì)算,通過在高性能計(jì)算機(jī)上的模擬實(shí)驗(yàn)來了解地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和成分。

  地震數(shù)據(jù)處理作為地震勘探的主要組成部分,是石油天然氣勘探開發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈中對油田勘探開發(fā)效益影響最大、技術(shù)含量最高的一環(huán)。自從人類采用地震波數(shù)據(jù)采集和還原地質(zhì)構(gòu)造以來,技術(shù)也在不斷地更新?lián)Q代。其中。地震數(shù)據(jù)的采集從上世紀(jì)70年代的2D采集,逐漸發(fā)展到3D采集,直到現(xiàn)在的3D全方位角采集,地震數(shù)據(jù)量也隨之呈幾何級(jí)的增長,對計(jì)算機(jī)的性能提出了更高的要求。

  目前,英特爾針對未來高性能計(jì)算需求和應(yīng)用的發(fā)展趨勢及特點(diǎn),開始了新一輪的創(chuàng)新。例如英特爾宣布計(jì)劃推出基于英特爾集成眾核(MIC)架構(gòu)的全新產(chǎn)品。這種架構(gòu)有助于輕松打造每秒萬億次計(jì)算的平臺(tái)。

  以上,我們從氣象預(yù)報(bào)、物聯(lián)網(wǎng)和石油勘探三個(gè)方面介紹了其技術(shù)的發(fā)展以及芯片在應(yīng)用創(chuàng)新中扮演的重要角色。事實(shí)上,和我們息息相關(guān)的領(lǐng)域還有很多,比如電子病歷、區(qū)域醫(yī)療;再比如智能交通建設(shè);再比如未來的4G通信,再比如如何一卡行天下……等等,這些都將在我們后續(xù)的文章中給以詳細(xì)的介紹。而以上種種這一切,都會(huì)在信息技術(shù)、芯片技術(shù)等不斷發(fā)展、不斷創(chuàng)新的推動(dòng)下逐一實(shí)現(xiàn)。未來值得我們期待!