The Machine

一种革新性的新型计算机

The Machine是一个新型计算机运算架构，该架构整体而言能够降低运算装置耗电、提升效能。未来将能被运用在服务器、工作站、PC或是手机、平板计算机等移动运算装置。The Machine立足于多项技术，但其中最核心的部分要数忆阻器了。忆阻器是一种电阻装置，能够在长期断电的情况下仍然保证信息完好。它也是继电容、电阻以及电感之后的第四种电路元件。换句话来说，它带来了新型存储方案的潜在可能性，不仅速度极快、而且功耗超低，可以说堪称任何一种需要进行信息存储的数字化产品的最佳拍档。

产品介绍

为了实现The Machine，惠普实验室也研发新的硬件技术，包括运用硅光子(Silicon Photonics)通信链接技术，还有忆阻器(Memristor)内存技术，到2015年1月为止两种技术均在开发中。其中硅光子通讯以具有高速传输特性的光取代传统的铜线作通信链接；Memristor则取代SRAM、DRAM形成通用内存，能提供更快的效能。

产生契机

云计算、大数据、移动互联网以及物联网正在把人类引入数字化时代。这个时代对计算能力和能耗的需求是十分巨大的。

迄今为止，IT公司主要是靠不断扩容数据中心/云计算中心来应对的。其基本思路是利用单机能力有限的计算设备组成可伸缩的分布式计算网络来处理。尽管如此，数据的海量暴涨以及计算任务的急剧增加仍使得数据中心必须不断扩容，其能耗也在不断增长。IT产业已成为化工、钢铁之后第五大能耗产业。据统计，2011年，中国数据中心的耗电量就已经占到了全社会的2%，相当于三峡大坝的全年发电量;美国数据中心2013年的耗电为910亿千瓦时，相当于纽约居民用电的2倍。而全球所有数据中心每年的耗电量相当于30座核电站的发电量。不断扩容的数据中心对占地、计算和网络、存储、供电、制冷提出了越来越多的需求。

那有没有办法提高计算设备的单机能力、降低能耗并缩小尺寸来更高效地满足计算需求呢？

惠普就是这么想。这家昔日的IT巨头投入了自身研发机构3/4的人力以及大量财力，正在攻关一种革新性的新型计算机，它的名字叫做The Machine。

HP认为，现今的计算机架构无法赶上外界快速变化，未来愈来愈多的庞大数据产生将导致处理不及，需要一个新的运算架构满足此需求，因此HP实验室提出了代号为“The Machine的新计划”。

The Machine是一个新型计算机运算架构，HP约在一年半前开始投入研究，HP宣称，该架构整体而言能够降低运算装置耗电、提升效能。未来将能被运用在服务器、工作站、PC或是手机、平板计算机等移动运算装置。

HP CIO Martin Fink指出，当前操作系统和处理器有九成工作，都是将数据移往不同储存空间，比如说把数据从硬盘移往DRAM等，他计划结合DRAM的速度和Flash内存的储存量，整合成单一的忆阻器(memristors)，如此一来，计算机不需一再搬动数据，可以快速处理大量数据，加以吸收、储存、操控，耗电量又能大幅减少。

主要特点

与传统计算机相比，The Machine有三方面的不同（见图1）。

一是采用经过能效和算法优化的系统级芯片(SoC)。这种SoC针对特定用途进行了优化，可在实现性能提升的同时降低能耗。

二是统一存储，把原来由RAM和硬盘/闪存承担的存储任务(RAM负责临时存储，硬盘/闪存负责长期存储)全部交给所谓的忆阻器。到2015年为止计算机对内存的使用基本上仍沿用1940年代的方案，需要在两种存储(RAM内存与硬盘/闪存)之间来回交换数据，既影响性能又增加能耗。而忆阻器的存取速度可与DRAM匹敌，且存储密度却有望比硬盘还高，在掉电后还能像硬盘一样保留数据，而不是像RAM一样会丢失。这样以来数据的保存和处理都可以在忆阻器上进行，不用像原来那样需要的内存与硬盘之间来回交换，可显著提升效能，同时降低能耗。

三是内部全光通信。从数据中心的网络设备到机架内设备的互连、乃至芯片封装内部的通信电路，全部都采用光通信。从而使得通信效率大为提升。

根据惠普的仿真测试，按照这种办法设计出来的The Machine，其能力是常规计算机的6倍，能耗却只有后者的1.25%，体积则只有10%左右。The Machine的首席架构师Kirk Bresniker说，The Machine原型机将会在2016年面世。这种机器的目标首先是取代现有的服务器，不过Bresniker说这种设计有朝一日也可以部署到更小一点的设备上。

待解问题

尽管这种新机器的指标非常吸引人，但是从目前来看仍存在几个问题：

首先是需要调整软件开发思路。这种激进的设计思路与传统计算机体系有着很大的区别，显然软件设计思路也要进行调整。因此Bresniker希望研究人员和程序员事先能熟悉这种机器的工作机制，同时从开发者针对新OS的软件开发试验中找出哪种类型的软件会从中受益最大。他的团队打算在2015年6月时完成专门针对The Machine的操作系统，这个OS的名字叫做Linux++。不过Linux++只是过渡，最终会被全新设计的操作系统Carbon代替。仿真The Machine硬件设计的各种软件工具也会陆续发布，以便程序员可以针对该操作系统测试自己的代码。

其次是惠普能否按期实现产品的市场化存疑。比方说与Hynix合作生产的这种忆阻器内存的上市时间已经滞后。原来惠普的计划是2013年，但现在惠普表示最快也要到2016年初才能向合作伙伴提供部件。

最后，The Machine还面临着其他竞争方案的威胁。Google、Facebook等也在探索服务器设计的新思路，内存和硬盘本身也朝着容量更高速度更快的目标演进，这些办法相对而言没那么激进，但是也更容易取得实效。

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