The Machine(一種革新性的新型計算機)

The Machine是一個新型計算機運算架構，該架構整體而言能夠降低運算裝置耗電、提升效能。未來將能被運用在伺服器、工作站、PC或是手機、平板計算機等移動運算裝置。The Machine立足於多項技術，但其中最核心的部分要數憶阻器了。憶阻器是一種電阻裝置，能夠在長期斷電的情況下仍然保證信息完好。它也是繼電容、電阻以及電感之後的第四種電路元件。換句話來說，它帶來了新型存儲方案的潛在可能性，不僅速度極快、而且功耗超低，可以說堪稱任何一種需要進行信息存儲的數位化產品的最佳拍檔。

基本介紹

• 中文名：魔心
• 外文名：The Machine
• 發布時間：2014年
• 廠商：惠普公司

產品介紹

The Machine是一個新型計算機運算架構，該架構整體而言能夠降低運算裝置耗電、提升效能。未來將能被運用在伺服器、工作站、PC或是手機、平板計算機等移動運算裝置。The Machine立足於多項技術，但其中最核心的部分要數憶阻器了。憶阻器是一種電阻裝置，能夠在長期斷電的情況下仍然保證信息完好。它也是繼電容、電阻以及電感之後的第四種電路元件。換句話來說，它帶來了新型存儲方案的潛在可能性，不僅速度極快、而且功耗超低，可以說堪稱任何一種需要進行信息存儲的數位化產品的最佳拍檔。

為了實現The Machine，惠普實驗室也研發新的硬體技術，包括運用矽光子(Silicon Photonics)通信連結技術，還有憶阻器(Memristor)記憶體技術，到2015年1月為止兩種技術均在開發中。其中矽光子通訊以具有高速傳輸特性的光取代傳統的銅線作通信連結；Memristor則取代SRAM、DRAM形成通用記憶體，能提供更快的效能。

產生契機

雲計算、大數據、移動網際網路以及物聯網正在把人類引入數位化時代。這個時代對計算能力和能耗的需求是十分巨大的。

迄今為止，IT公司主要是靠不斷擴容數據中心/雲計算中心來應對的。其基本思路是利用單機能力有限的計算設備組成可伸縮的分散式計算網路來處理。儘管如此，數據的海量暴漲以及計算任務的急劇增加仍使得數據中心必須不斷擴容，其能耗也在不斷增長。IT產業已成為化工、鋼鐵之後第五大能耗產業。據統計，2011年，中國數據中心的耗電量就已經占到了全社會的2%，相當於三峽大壩的全年發電量;美國數據中心2013年的耗電為910億千瓦時，相當於紐約居民用電的2倍。而全球所有數據中心每年的耗電量相當於30座核電站的發電量。不斷擴容的數據中心對占地、計算和網路、存儲、供電、製冷提出了越來越多的需求。

那有沒有辦法提高計算設備的單機能力、降低能耗並縮小尺寸來更高效地滿足計算需求呢？

惠普就是這么想。這家昔日的IT巨頭投入了自身研發機構3/4的人力以及大量財力，正在攻關一種革新性的新型計算機，它的名字叫做The Machine。

HP認為，現今的計算機架構無法趕上外界快速變化，未來愈來愈多的龐大數據產生將導致處理不及，需要一個新的運算架構滿足此需求，因此HP實驗室提出了代號為“The Machine的新計畫”。

The Machine是一個新型計算機運算架構，HP約在一年半前開始投入研究，HP宣稱，該架構整體而言能夠降低運算裝置耗電、提升效能。未來將能被運用在伺服器、工作站、PC或是手機、平板計算機等移動運算裝置。

HP CIO Martin Fink指出，當前作業系統和處理器有九成工作，都是將數據移往不同儲存空間，比如說把數據從硬碟移往DRAM等，他計畫結合DRAM的速度和Flash記憶體的儲存量，整合成單一的憶阻器(memristors)，如此一來，計算機不需一再搬動數據，可以快速處理大量數據，加以吸收、儲存、操控，耗電量又能大幅減少。

主要特點

與傳統計算機相比，The Machine有三方面的不同（見右圖）。

一是採用經過能效和算法最佳化的系統級晶片(SoC)。這種SoC針對特定用途進行了最佳化，可在實現性能提升的同時降低能耗。

二是統一存儲，把原來由RAM和硬碟/快閃記憶體承擔的存儲任務(RAM負責臨時存儲，硬碟/快閃記憶體負責長期存儲)全部交給所謂的憶阻器。到2015年為止計算機對記憶體的使用基本上仍沿用1940年代的方案，需要在兩種存儲(RAM記憶體與硬碟/快閃記憶體)之間來回交換數據，既影響性能又增加能耗。而憶阻器的存取速度可與DRAM匹敵，且存儲密度卻有望比硬碟還高，在掉電後還能像硬碟一樣保留數據，而不是像RAM一樣會丟失。這樣以來數據的保存和處理都可以在憶阻器上進行，不用像原來那樣需要的記憶體與硬碟之間來回交換，可顯著提升效能，同時降低能耗。

三是內部全光通信。從數據中心的網路設備到機架內設備的互連、乃至晶片封裝內部的通信電路，全部都採用光通信。從而使得通信效率大為提升。

根據惠普的仿真測試，按照這種辦法設計出來的The Machine，其能力是常規計算機的6倍，能耗卻只有後者的1.25%，體積則只有10%左右。The Machine的首席架構師Kirk Bresniker說，The Machine原型機將會在2016年面世。這種機器的目標首先是取代現有的伺服器，不過Bresniker說這種設計有朝一日也可以部署到更小一點的設備上。

待解問題

儘管這種新機器的指標非常吸引人，但是從目前來看仍存在幾個問題：

首先是需要調整軟體開發思路。這種激進的設計思路與傳統計算機體系有著很大的區別，顯然軟體設計思路也要進行調整。因此Bresniker希望研究人員和程式設計師事先能熟悉這種機器的工作機制，同時從開發者針對新OS的軟體開發試驗中找出哪種類型的軟體會從中受益最大。他的團隊打算在2015年6月時完成專門針對The Machine的作業系統，這個OS的名字叫做Linux++。不過Linux++只是過渡，最終會被全新設計的作業系統Carbon代替。仿真The Machine硬體設計的各種軟體工具也會陸續發布，以便程式設計師可以針對該作業系統測試自己的代碼。

其次是惠普能否按期實現產品的市場化存疑。比方說與Hynix合作生產的這種憶阻器記憶體的上市時間已經滯後。原來惠普的計畫是2013年，但現在惠普表示最快也要到2016年初才能向合作夥伴提供部件。

最後，The Machine還面臨著其他競爭方案的威脅。Google、Facebook等也在探索伺服器設計的新思路，記憶體和硬碟本身也朝著容量更高速度更快的目標演進，這些辦法相對而言沒那么激進，但是也更容易取得實效。