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2002
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1986年夏天的一个清晨，在马萨诸塞州坎布里奇，创办电子计算机公司的30岁科学家丹尼尔·希利斯正倒在椅子里，犯愁地凝视着一面空白的电视荧屏。他在键盘上输入了一些指令，屏面上显示出像一块投镖板的黑白线条图像。当希利斯按动按键时，设在大厅一间房间里的一个黑色光滑得像玻璃的5英尺高的立方体——希利斯设计的名为连接计算机——断断续续地出现大量狂乱闪亮的小红光，形成无法辨别的图像。 这种明显的随机性，也许就是计算机的未来。他说：“昨晚我们有个突破。这个计算机确实学到了，是它自己学会的，我从未告诉它是对还是错。” 希利斯和一个同事花了整个晚上编制连接机程序，把已经输人的有些变形的黑白线条图像加以分解清理。这是人们能做得很出色的被称为是视觉适应的原始范例。希利斯说：“如果我悄悄地给你戴上一副古怪的眼镜，使你视觉变形，你能学会正常地看东西。”但是大多数计算机不像人，它们不能从经验中学习。 那晚那个连接机是个例外。它收到一个变形图像之后，会显示它认为真正的图像是什么样子。希利斯从未告诉过它，它工作得多么出色。它与国际象棋计算机不同，国际象棋计算机不会后一盘棋比前一盘棋下得更好，除非程序编制员对程序加以改进，而连接机每次都有改进。经过几百次试验之后，它把图像显示得相当正确。 经过3分钟或500次试验之后，它完全纠正了变形。 对希利斯来说，这一突破并不是说连接机能做到视觉适应——虽然这种技术可能对解释模糊的照片有用，甚至可以想象对清理杂乱的密码电文也很有用，而是说它已经学会做这件事。如果它能学会做此事，无疑它也能学会做其他事。希利斯认为，假如人工智能模拟有一日不再是个梦想，这可太重要了。 连接机是新近出现的一种最引人注目的计算机，带有一个并行处理机，它正开始改变计算机科学。传统计算机，即使是功率大的，也只靠单独的处理机进行计算。连接机则根本不同；它利用65，536个小处理机，或叫做微型电脑的总体功率，一起工作，解决一个问题。 并行处理机仅仅是一个带有一个以上处理器的计算机，其基本原理较简单：2个头比1个强，那么，如果2个头比1个强，为什么不用4个，或16个，甚至是65，536个头呢？从理论上说，增加的头，或处理器，加速计算机的转速，使它不仅能解决有关视觉和言语理解的人工智能模拟的问题，而且也能解决物理学家、工程师和军事策划家每日都面临的许多数学难题。 在某种程度上，伯利纳的国际象棋计算机是个并行处理机，它有64个芯片，每一芯片对应于棋盘上的一个方格。不过这些芯片只能求出象棋的步法数值，而希利斯的处理机的灵活性足以处理各种计算问题。 并行处理的概念听起来简单，但要把这种想法变成硅，就有难以克服的障碍。带有多少处理器才是最理想的呢？每一个处理器该有多灵巧呢？处理器应该如何连接起来，才能有效地联络和一起工作？ 还有个困难就是如何编制程序或指示处理机解决某个具体问题。有些问题就像汤姆·索耶油漆围篱的工作，很容易看清楚可以分配给几个工人去做。其他工作则更像马克·吐温的《哈克贝利·费恩历险记》，看不出吐温能从别的作家的帮助下得到什么益处。 连接机是对付这些困难的一种方法。 1986年8月，电子计算机公司向第一个商业顾客佩金-艾尔摩公司交付了一部按比例缩小的带有16，384个处理器的连接机，价值100万美元。这部连接机安装在维吉尼亚州奥克登MRJ公司的佩金·艾尔摩智囊机构。这家公司承包美国国家航空和航天管理局和国防部的工程。MRJ公司职员汤姆·克雷说：“在使用这部机器几周以后，我们解决了一个重要的军事问题。”假设你知道敌人雷达的位置和你要达到的目标，你应该选择哪条航路，才能把被敌人发现的机会减到最低程度？克雷说：“这个问题经常出现，如同我们轰炸利比亚时那样。”这虽然是件普通的事，但数字分析却是大量的，而且总体解决办法是难以捉摸的。 希利斯的电子计算机公司于1983年5月成立。那时，有些公司从事研制人工智能模拟机，人们喜欢称它为智能计算机。那些公司在研制专家系统，模拟人类专家们某一特定活动，例如决定走哪一步棋、买什么证券、或在什么地方勘探石油。专家系统仍在流行，尽管新闻媒介和华尔街大肆宣传人工智能机，最好的专家系统只不过是愚蠢的学者；例如一个国际象棋计算机，除了下棋之外，不能做其他事。 成立电子计算机公司的长远目标不是研制专家系统，而是希利斯所说的业余系统，是一种有普通思考能力的计算机。正如该公司漂亮的宣传手册所说：“总有一天我们会制造出一种能思维的电子计算机，它将是一台具有真正智能的机器。它既能听又能说，是一台令我们骄傲的计算机。”如果这种夸张仅仅是公司要努力获得的东西，它可能还没有开始这项工作，但是作为达到其理想目标的手段，电子计算机公司有它制造第一部大规模并行处理机的短期目标。 即使这个目标非常宏大，但希利斯至少有如何实现它的主意。此外，那些对智能模拟曾经持怀疑态度的人，对并行处理的可能性也有兴趣。电子计算机公司的30多岁的女总裁雪利尔·汉德拉认为，为了达到这些目标，最好的办法是集中一些超级科学家，组成一个顾问班子。汉德拉曾经协助首创了生物工程公司——遗传学研究公司。今天，计算机公司的顾问有麻省理工学院教授、人工智能的先驱之一，马文·明斯基；诺贝尔奖获得者物理学家理查德·费因曼，他曾执行过总统委派的调查“挑战者”号事故的任务；原麻省理工学院院长、前总统约翰·肯尼迪和林登·约翰逊的科学顾问捷隆姆·魏斯纳；还有斯蒂芬·沃尔弗勒姆，他是一位曾在高等学术研究院工作过的青年物理学家，他15岁时发表过他第一篇科学论文。就连希利斯等人吃维希式胡萝卜汤、沙拉、葡萄干蛋糕和巴甫洛娃佳肴的公司美食食堂的职工也都很聪明，其中一个厨房工人因获得富布赖特奖学金而离开了公司。 随着电子计算机公司不断云集一批学术精英，许多外界人士视之为一个有高度文化修养的智囊机构，对智能模拟充满浪漫思想，却缺乏制造打蛋机所需的那种简易技能，更不用说是一种新颖的计算机了。然而，该公司得到哥伦比亚广播公司创始人威廉·佩雷和其他投资者的1，600万美元投资、国防部先进工程研究局的470万美元投资后，只花两年半时间就制出了连接计算机。 身高六英尺、目光炯炯的顽皮的希利斯，不像是开创计算机结构革命的人。他的办公室距离他的母校麻省理工学院只有几个街区，看上去不像是个高科技工作场所，却很像是婴儿围栏。他的办公桌旁有一堆日本机械玩具、一个像牛一般大的卡纸板恐龙和一件推进器式防湿衣，穿上这种衣服可以在水上行走。这种防湿衣可能不是他的得意之作；他上大学时曾用钓鱼用具和许多修修补补的玩具，制成过一个巨大发滴答声的机械玩具。他说，玩具和小机件能使他浑身放松，头脑清醒。 希利斯说：“我要按照人脑的结构制造计算机，即使不够精确。人脑不像传统计算机只有一个处理机。它有很多东西——神经原——并行工作。那就是我把连接计算机设计成大规模并行工作的原因。” 希利斯并不是惟一给计算机增加处理器的人。可能有一些大学或公司正计划制造其他上百种多头计算机，这些机构主要是由企业提供小规模经费的科研单位。许多公司都宣称它们在卖并行处理机，但工业分析家对谁能提供真正的东西还有不同意见。所谓真正的东西就是一组处理机必须能够共同投入一项工作，而不是各自单独地处理不同的工作。（真正的并行处理等于在家务中妈妈和爸爸一同做饭；但妈妈做饭的时候，爸爸却在结算支票本，不管他做这事有多少用处，也是不行的。）国际商用电器公司是世界上最大的计算机公司，它也在花千百万美元在此领域进行研究工作，并希望在1987年搞出两个实验性的计算机设计和试验。可是，希利斯已成功地比其他人多连接好几万个处理器。 尽管在并行处理领域中存在一阵风的活动，其技术还处在萌芽状态。然而，对于计算机科学广泛一致的意见是，并行处理是将来的技术。1980年，日本宣布了其第五代计算机规划，国家10年投入10亿美元制造一种新型计算机，能容易地与人交谈和与环境相互作用。日本人说，这项工作的中心就是并行处理。美国政府和工业界对此做出了警惕的反应。美国国防部先进工程研究局是在苏联人造地球卫星发射成功后成立的，以确保美国在尖端技术领域永不落后。美国公布了其计算机战略，即第五代计算机规划。作为这项规划的开始部分，美国国防部先进工程研究局准备投入7，000万美元。 卓越的数学家约翰·诺伊曼是老式计算机——传统的单一处理器——的灵魂。他在量子力学、弹道学、气象学、对策论及核武器设计等方面有所创新。他在40年代提出单一处理器的结构时，并不是因为懒惰或对计算目光短浅，而是因为他认为制造一个以上处理机的计算机技术根本不存在。既然晶体管和微型芯片尚未发明，最早的计算机是用笨重的真空管制造的，连只有一个处理机的通用计算机——1946ENIAC（电子数字积分计算机）——也占满了整个房间。 在诺伊曼的设计中，处理器与计算机的存储器是分开的，存储器不仅存储某一问题的数据，而且还存储运算该数据的指令。在40年代这种分离是讲得通的，因为牵涉到两种不同的技术。处理器是用速度快而较昂贵的真空管做的，而存储器则用速度较慢而价廉的水银延迟线做的。诺伊曼的想法是，编制计算机程序，使快速的真空管忙碌，迟缓的存储器相对地闲着。这就要求程序编制员设法分解一个问题，使之一步一步地解决，如希利斯所说：“使存储信息流过处理机。”大量数据和指令通过狭窄的通道，在处理器和存储器之间来回地分流。 今天，处理器和存储器之间的明显区别不再有意义了，虽然只在一些原始的计算机里还会找到。处理器和存储器现在都用同样的材料——硅。尽管技术已经改变，但在传统计算机中让处理器忙于一步一步地解决一个问题的想法尚未改变，其结果是效能极低：97％的硅——用于存储器的部分——通常是闲着的，而只有2％—3％的硅，在极端忙碌地工作。希利斯决定找出一种方法，以便更好地利用存储器和取代一次一步地解决问题。 希利斯有而诺伊曼没有的，是小而价廉的处理器。1970年在加利福尼亚州的桑塔·圣克拉拉，有一家刚开业的小公司，名叫综合电子公司，或不太谦虚的话就叫它“智能”，曾设法把一个处理机的2，300组件做在一块八分之一英寸长、六分之一英寸宽的硅片上。微型处理器，或称“在一块芯片上的计算机”诞生了。在40至50年代，那种占满整个房间的计算机，现在只有拇指指甲那样大。 综合电子公司和其他公司不久就想出，如何成批生产微处理器，使工业都能普遍用上计算机，如同用电和水那样。按市场调查公司的统计，1975年有75万个微处理器，1985年有3．53亿个，1990年会有12亿个。 综合电子公司在70年代初期带头搞微型化的时候，另一家初出茅庐的公司：基地设在明尼苏达州的克雷研制公司，却朝相反的方向进军。该公司隐居的创始人西摩·克雷，开始制造世界上最快的计算机，其方法是把芯片结合起来，制成一庞大超功率的处理机。在克雷第一台超级计算机里的处理机，克雷Ⅰ号，形状像个巨大的字母C，高六英尺，最宽处的直径为九英尺。该机比当时任何一个计算机快5至10倍。如果不是足智多谋的克雷想到用氟里昂管蜿蜒地通过，它发出的热量准会烧穿地板；老式冰箱的工艺，使他终于获得成功。 克雷研制公司已经制造了现有的180个超级计算机的三分之二。克雷Ⅱ型计算机有4个处理机，采用了极有限的一些并行性元件，它是目前世界上最快的计算机，它比原来的克雷计算机快6至12倍。虽然这些计算机明显地比微处理机更快，但它们不成比例地昂贵。克雷Ⅱ型计算机比一个简单的微处理机快5，000倍，但其价格高达2，000万美元，比微处理机贵几十万倍。这个难以接受的经济事实，是政府、大学和许多公司追求并行处理的一个主要原因，尽管其技术还没有达到希利斯相信它能达到的人工智能的水平。 并行处理的利害关系很大。工业部门及政府部门想当然地认为，年年都会有功率越来越强的计算机制造出来。在过去40年中，单一处理计算机的运算速度提高了1，000倍，这主要是通过缩小基本的电子元件，并提高集成度而实现的。然而，进一步提高单一处理计算机的速度可能行不通，因为设计遇到了基本物理限度这一障碍，例如电路中信号的传递速度不可能超过光速。可能只有利用一个以上处理机的功能，才能明显地改进其性能。 要一台计算机做必须带有智能的所有事情，单一处理机简直太慢了。一台希利斯称之为真正聪明的计算机——“业余系统”——必须能看，能懂人语，能读英文，能推理和能计划。希利斯说：“这些事，单一处理机的计算机难以胜任，因为做这些事需要大量信息。如果你想给它更多的信息，使它更聪明，其实你却使它更愚蠢，因为它存取信息的速度要慢得多。”一台单一处理机的计算机，如果负责引导一个无人驾驶的军用运载工具，用了一年时间，才能“看出”一辆敌人坦克和一块巨石的区别，就毫无价值。并行处理可能是出路。把信息分给不同的处理机，可以保持速度。 从某种理论意义上讲，并行处理机具有的惟一优点，就是速度，认识到这一点是很重要的。艾伦·图灵对计算理论的贡献仅次于诺伊曼，他1937年的实验证明，给任何一个计算机足够的时间和信息存储，它可以做其他计算机能做的事。所以，任何能在并行处理机运转的程序，即使该机有许多处理机，单一处理机也是能够模拟的，尽管模拟是缓慢的。那么，从理论上说，所有计算机都是一样的。 然而在实践中，科学家所需要的是能快速行事的计算机，例如，他们希望能按正常的谈话速度同计算机谈话，不必等很长时间，就能得到它的回答。快速行事正是并行处理机针对单一处理机提出的保证，它不仅在人工智能问题上是这样，而且在解决气候模型、流体流量、等离子物理、亚原子粒子物理、战争处理和战略防御计划、里根总统的太空基地导弹防御计划、众所周知的星球大战等许多棘手的计算问题上也是这样。 丹尼·希利斯出生于巴尔的摩，是美国空军一个内科医生的儿子。他父亲到世界各地研究肝炎传染病，他一直跟随着他父亲。每到一地，他都制作一些奇妙的玩意儿。他曾做了一个固体燃料火箭，把蚱蜢送上天；他曾利用一个铁罐和一个轮转烤肉器的电动机，制成一个活动机器人。即使他进了麻省理工学院，在大学生和研究生期间，也继续做些古怪的玩具，例如，他做了一根短棒，拿着它在人们面前晃动，就能说话。 希利斯1974年在读大学一年级时，开始同当时47岁的马文·明斯基合作。自从40年前这一领域出现以来，明斯基就一直热心于人工智能研究工作。像希利斯一样，明斯基不但是一个深思熟虑的人，而且动手能力极强。1951年，他用300个真空管、一批马达和一个B-24轰炸机的自动驾驶仪，制出了第一台学习机，这是最早的电子学习机之一。这部机器像在心理实验中的老鼠一样，学着“钻”迷宫。1956年，明斯基同3个同事，组织了第一次人工智能会议。在那个会议上，人工智能领域才正式开始。两年后，他参与创立了麻省理工学院人工智能实验室，致力于制造从事诸如模拟推理那种非数值性工作的计算机。 当希利斯未经通报就冒冒失失走进明斯基的办公室时，这个年轻的能工巧匠和年长的计算机先驱初次会面了。明斯基，这位经验丰富的计算机科学家，正在试制一台能正确制图的便宜计算机。计算机内部构件——复杂的线路——都摊在他的桌子上。明斯基回忆说：“这个大学一年级学生出现了。他在办公室里踱来踱去。当他看见那些线路时，我们俩的谈话开始了，然后他指着其中的一根线路说：‘我不明白你为什么需要它，因为那边的一根可做同样的事。’我一看，他确实说得对。他给了我相当深刻的印象，因为他只凭他的直觉——他不知道那些线路是做什么用的！显然，这个大学一年级学生是个相当出色的人物。” 希利斯同明斯基第一次讨论的问题是：为什么一个计算机不能更像一个人呢？自从那次讨论之后，这个重要问题，一直萦绕在希利斯脑海中，其自然产物就是连接机。 希利斯说：“有许多事，人做起来轻而易举，而机器却办不到。你能制出一种机器，它能以它的准确力把一根小针顺利地插进一个小孔里。可是，那机器虽具有那种准确性，却不能拿起一杯水而不让水溢出来。这是个矛盾——机器比人准确得多，但也笨拙得多。”在希利斯之前想到这种矛盾的人，通常把人的成功，归于他有一个与他相互作用的、准确的环境形象。希利斯发现这种解释是表面的；他认为，那水杯给人的形象不是静态的，是因有触觉的反馈而不断调整的：“如果你看我们怎样拿起一杯水而不让水溢出，这与我们手的位置如何准确或如何准确地用力毫无关系。有关的是我们的手指所得到的反馈很好——即使闭上眼睛也能做到，只需凭感觉就知道这事做得多好。如果做得不好，我们调整握力。”希利斯称这种快速反馈的作用过程为一种“受控制的幻觉”：我们对现实世界有个假设——一个幻觉——（以水杯的位置来说）来自我们手指感觉的反馈，使我们去调整水杯位置，我们的手指提供了有关调整过的水杯位置准确性的信息反馈，等等，一直到我们自信地拿起那杯子。 五年前，当希利斯是研究生时，他用256个小压力传感器在一个机器人的指尖里做了一种原始的反馈器，其用意是制造一个用控制幻觉来操作的机器手指，手指通过触摸，能辨别6种不同的东西，全是常用的坚固件——螺母、螺栓、垫圈、暗销、扁销和定位螺钉。手指对感觉到的东西有个“幻觉”（比方说，一个垫圈），然后它检验那个幻觉（比方说，用触摸垫圈当中的孔的方法）。在机器的有限的领域中，这方法是够好的了，但给手指任何别的东西，如一小块口香糖，它会自信地把它认作一种紧扣件。 在明斯基的指导下，希利斯写的硕士论文就是“手指”，并开始了并行处理的研究。6个处理机，每个功率相当于一台IBM个人计算机，为手指提供了计算能力。从这个经验中，希利斯认识到，需要相当大的计算能力，才能把一切可辨认的东西提高到人的食指水平来辨认。希利斯不是谨慎行事的人；后来他把微处理机连在一起，那就是连接机的原型。 希利斯在考虑了计算机里的电子组件和人脑神经原（神经细胞）的区别之后，决定连接几万个处理器，每个处理器比电子游戏机的微芯片弱。神经原要慢100万倍，而人脑做一些简单的事，如区别一个男人和一个女人，认读手写的字母，或说出一个4个字母的花名与hose押韵，则比任何计算机快得多。人脑怎样做这些事，人们知道很少，但它那眩目的速度，无疑来源于它有比计算机更多的基本组件，大约有几千亿神经原，其数目可上下波动10倍。而且希利斯还说：“人脑的结构，就我们能看到的，是完全不同于传统计算机的，原因在于它用很多东西并行工作。所以那就是在连接机内制造许多并行结构的直觉原因。” 希利斯是第一个承认人脑和连接机比较类似的人。首先，神经原的连接关系可能有100兆个，这意味着画出线路图是不可能的。确实，连接关系是那样多并缠绕在一起，神经生物学家还未曾成功地绘制过单一神经原的图，更不用说所有的神经原了。因此，人脑不能为连接机提供一个如何把处理机连在一起的模式。然而，大规模的并行性是人脑基本的特征，看来那就值得试制一个与人脑相似的计算机结构，即使是相差很远和不精确也问题不大。 此外，希利斯认识到，大规模并行性可能会使计算机做许多事，例如图像的分析及识别，这些人们容易做的事，单一处理机计算机，却根本不能开始做。举个例子，还没有一个计算机能区别一只狗和一只猫。传统计算机遇到障碍，因为它必须一点一点地分析一个图像。所有的点都储存在计算机的存储器中，而每次只能通过连接存储器和处理机的单一狭窄通道——“诺伊曼瓶口”，取出一个点，希利斯说，它像是通过一个窥视孔在画面上移动，细看画面，而不像人的视觉那样，马上可以处理整个形象。连接机有指望做得更好，因为每个处理器实际上是分配到形象的一个点，65，536个处理器一起工作，就能分析整体形象。 希利斯在麻省理工学院写博士论文时开始研究连接机。明斯基回忆说：“在设计问题上，丹尼应该认真一点，我对他说：‘我希望你不要犯伊利阿克Ⅳ型计算机的错误。’他说：‘哦，什么是伊利阿克Ⅳ型计算机错误？’我告诉了他。” 伊利阿克Ⅳ型计算机是70年代伊利诺斯大学制造的一个庞大计算机。它有64个处理机，每个像个直立的钢琴那样大，因为是提前制成的。事实上，他们要用叉车插入部件。它花了七八年才制成，制成时却已经过时了。该大学把它送给了国家航空和航天管理局，该局答应使用它，但用起来非常困难。 在现有的技术条件下，那项工程过于雄心勃勃，并非明斯基所谓的伊利阿克Ⅳ型错误。他告诉希利斯，其概念本身就有缺陷。他说，限定所有64个处理机在同一时间里做完全同样的工作，是个错误，是个扩大的奥林匹克配乐游泳表演用的电子计算机翻版。明斯基告诉希利斯，处理机应该能独立工作。 “大约一个月后，”明斯基回忆说，“丹尼回来对我说：‘喂，我已决定犯伊利阿克Ⅳ型的错误了。’”希利斯告诉明斯基，问题不在于处理器做什么，而在于它们如何交换信息。他说，处理器间的信号在业务繁忙时阻塞了，这主要是由于连接线路限于二维。希利斯认识到，需要有个更充分的连接方案，尤其是他要连接的处理机不是64个，而是65，536个。信号交换将会像为65，536个客户服务的电话网络，这些客户每秒钟要打2．5亿次电话。那就是希利斯在设计连接机时所面临的主要技术难题。 最后，希利斯和电子计算机公司的同事们，决定搞三维结构，把结构内的处理机连接起来，如同形成一个16维的立方体。这意味着，每个处理机虽然只同其他16个处理机直接连接，它离其他65，536个处理机的任何一个，决不会超过16步。此外，信号堵塞的可能性减少了，因为在16维中，在任何两个处理机之间有无数的路线可通。 传递信息的方法也很新颖。希利斯描述信息传递系统如同介于使用邮政系统工作方法和老式电话系统工作方法之间的方式。 在邮政系统中，投递一封信件采用的路线，有很大灵活性。希利斯说：“如果邮政飞机已经载满，他们可以把你的信件交下班飞机寄出。”邮政系统的缺点是，如果你有很多话要说，你必须寄出大量的信件。电话系统的优点是，你能一直占线到你联系完毕。“你和我通话时，至少是打本地电话，有一条线是给我们的。但是，我们不说话的时候，那条线我们仍占用着。”连接机胜过这两种系统。“它好像是我寄一封信给你，那信系着一根线连着另一封信，后一封信再系一根线，连着第三封信，等等。这样我们就可以不间断地联系。有必要的话，我们可以把线割断——把余下的信从一条不同的路线寄出。” 当佩金-艾尔摩公司汤姆·克雷的上级叫他观察连接机时，他有些怀疑。他回忆说：“我不能想象你怎么能控制65，000个处理机。听上去毫无事实根据，但结果却是容易的。不管我构思的是什么问题，它都运算得快得多。把一个问题的数据分散，让小块数据分到每个处理机里去，从大规模并行性获得的好处之多，是出乎意料的。” 连接机问世的时间还不够长，所以我们不知道它对人工智能会有什么贡献，但是它在不太特殊的领域中，已经证明是有用的，例如像缩短一些牵涉到文件检索、线路设计和气流模拟等日常而棘手问题的工作的时间。 文件检索是个较大问题的一部分，它是从大量信息——计算机科学家称之为数据库——里去搜寻某一特定的文件。这种问题未必多有趣，但却一直出现着。再者，当数据库相当庞大时，传统计算机的缓慢是无法容忍的。拿扫描《纽约时报》一年的文章这个问题来说，计算机世界中的伊夫林·伍德连接机能立刻阅读全部文章，因为每篇文章是有效地分配给每一个单独处理机的，而不像传统计算机那样逐篇地看。希利斯说：“你可以设想扬基体育场有65，000人，每人有一份不同的文件。你通过扩音系统宣布一个题目，然后每人读他的文件，看看是否与题目相符。”那就是连接机做的事，但只需花三百分之一秒时间，比任何计算机快几百倍。 电子电路的设计，是单一处理机计算机一项费力的基础工业工作。在一个芯片内，成千的电子元件需要连接起来。一旦元件之间的连接大体完成，元件线路必须确定，使连接线路的长度减到最短，并尽量避免交搭。传统计算机做此工作缓慢，它是一次一个元件地改变电路设计的。这一工作是留给连接机做的，因为它的每个处理机代表一个不同部件，容易检查部件的各种布置。确实，连接机正为其后代设计芯片，据说新一代连接机有100万个处理器。 连接机最令人兴奋的潜在应用，是模拟气流，甚至可在一项列入计划的飞机机翼设计中，进行气流模拟。计算机科学尚未达到这样一种水平，即航空工程师能在一个超级计算机上模拟一架新型飞机乃至一个机翼的设计，并对它的功率能有把握。描述一架飞机或一个机翼周围气流的数学方程式，是人或计算机非常难解的。即使制造一个按比例缩小的飞机模型，放在风道里运行得极好，也不能保证真正的飞机会飞。除了制造和检验一架实体样机之外，没有代用品。 斯蒂芬·沃尔夫拉姆这位身材矮胖、年近30、戴眼镜、留着细面条似的头发和长鬓颊须、每时每刻都想吃冰淇淋的物理学家，是探讨连接机采用新方法来解决气流问题的智囊。麦克阿瑟基金会曾给他颁发过权威性奖状，证明他是个“天才”，见到他的人都同意他这个称号。 沃尔夫拉姆认为不必担心描述空气聚集作用的复杂数学，要倾全力于个别空气粒子。每一个处理机有效地分配给一个粒子。在沃尔夫拉姆的样机中，粒子都以同样的速度向六个方向之一的方向移动。一个简单的规律解释了一个粒子与另一个粒子相撞，粒子是如何分散的。虽然这个样机由于受到每个粒子的速度和方向的限制而相当原始，但它似乎很有前途，这显然是因为分子实际上不能解数学方程式，但可以说它们是高举起双臂积极参与的。 如果模型按计划工作，航空工程师将会从他计算机终端的荧屏上看到粒子轰击计划中的飞机机翼的设计。最近，沃尔夫拉姆和希利斯决定，采用现有的工艺，有可能在连接机里再增加几十万个处理器，一直到它像一座小建筑物那样大。这样一个计算机要花1，000亿美元，而且需要消耗现有最大的发电站的能源。沃尔夫拉姆说：“用那个计算机，你能模拟整架飞机。”别人对这条新闻可能感到沮丧，但沃尔夫拉姆不是。他说：“它给我带来希望。因为，如果工艺发生改变，我们可能终于能够设计出一架飞机。” 电子计算机公司不乏乐观主义。计算机未来的应用，是公司餐厅里人们交谈的熟悉的话题。希利斯和他的同事们提到，总有一天连接机能解决传统计算机即使是慢慢地，也无法解决的问题。这样一个问题，要搜寻的不是文件而是图片，每幅图片分配给它自己的处理器。电子计算机公司高级科学家小盖伊·斯蒂尔说：“你可以设想问计算机：‘在哪几部影片里，有3个滑稽演员配角同滑稽演员泽罗·莫斯提尔一起演出？’或‘在哪些人造卫星照片里有玉米？’我肯定地说，解决这类问题需要大功率的并行处理能力。” 沃尔夫拉姆幻想用连接机模拟各种物理系统，以便可以完全省略数学方程式。希利斯盼望有朝一日有个与连接机相似的巨大同类，作为计算机电站，为整个城市每家每户及商业机构提供计算功率。明斯基计划用连接机了解人是怎样思维的，采用以每个处理机模拟一小组神经细胞的方法，来模拟人脑。 该公司总体上想开发连接机的多头工艺，以制造真正的人工智能机器人，会走动，会说话，完全像“星球大战”中那个通用和服从的、控制论的合作者C3PO。希利斯说：“公司长远的目标是制造一个真正的机器人，家用机器人最终将会是家庭主要的帮手，同今天汽车一样重要。它会做你要它做的一切事：打扫房屋、拿报纸、收拾盘碟、喂狗。” 在国际商用电器公司，谨慎的实用主义而非乐观主义是法则。这个拥有500亿美元的大亨确信，计算的未来就位于并行处理之中，但对利用几万个低功能处理器是不是出路这一点，还不能肯定。国际商用电器公司拒绝对连接机做出官方的评论，但它的研究人员们说，希利斯对计算机神经细胞似的结构宣传太过分了，而使这位科学家更像是个追逐名声的人，就连他新搞的信息传递方案，也可能低估了信息堵塞的可能性。 国际商用电器公司副总裁、计算机科学主任阿贝·裴勒德说：“我希望对那些与并行处理有关的问题有个更好的理论性理解。”为了获得理解，通常守口如瓶的独往独来的国际商用电器公司正在同至少8所大学合作，大学的研究人员在采用不同的战略。国际商用电器公司的计算机科学家格雷格·普菲斯特说：“我们不能单干，我们的方法是浇水施肥，培养它们开花，看哪一朵花先开。” 国际商用电器公司预计RP3型和GF11型计算机这两朵花，将在1987年开放。RP3是由普菲斯特牵头，40人参加制作的计算机。它包含512个大功率的处理器。不像连接机那样是由较多的小功率的处理器组成，它们都不限于同时做同样的事，而能各自分别去做。在实践中，这种大功率的灵活性效果如何，尚待观察。 GF11处理机不像RP3是个多面手的计算机，它只有一个目标，那就是检验物理学家关于物质特性的最基本理论。自从苏格拉底前的原子论哲学家时期以来2，400多年，人们曾经寻找物质不可分割的组成部分。在过去几十年中，实验家已经制造了大功率的机器，用越来越强大的力量，把物质碎块一起加以粉碎；在那些互撞的碎片中，他们已辨认出200种以上亚原子微粒新种类，是质子和中子的奇特亲属，质子和中子是两个我们熟悉的原子核组成要素。这些粒子有许多又呈现内部结构的迹象。1964年，理论物理学家假定每种有结构的粒子，是由叫做夸克的几种基本建筑块料的不同组合构成，这样就把像凌乱的动物园似的粒子群系统化了。在70年代初期，夸克成为量子色动力学，或称QCD的基础。QCD是描述粒子是由什么构成的和它们如何相互作用的综合理论。 参加GF11工程的粒子物理学家唐·韦恩加登说：“今天，QCD看上去有5，500万种方法是不错的，但所有这些方法，都是粗糙的和定性的。你所希望的，是有个准确的数字预测，以便你可以把它拿出去与一种实验结果相比较。”QCD对奇特现象确实能做出准确的数字预测，大大超过实验物理的范围，例如一个快速质子，其规模大得像整个宇宙一样。从QCD抽出关于切实物质的预测，如普通物质中的质子，需要一系列棘手的计算，而这种计算，无论是人或任何现有的计算机都做不到。例如，计算一个稳态质子团，要求大约千兆次运算。做如此大量的运算，会占用一台克雷I型计算机30年，或占用一台个人计算机至少20万年，而GF11并行处理机只需用4个月，其结果与测定的物质相比较，可能会提供第一次精确的量子色动力学测验。 GF11确实不像理论物理学范畴的计算机。由两个冰箱一般大的空调器进行冷却，它占满整个房间。40万个芯片形成576个处理器，塞满20个类似特大型的体育场巨大的单人衣帽柜。那些处理机是用200英里长的线路连接起来的，形成2，000根多种颜色蜿蜒电缆。在国际商业电器公司大家知道它叫“蒙提的大蟒”，是以GF11机3位设计师之一的蒙提·邓诺埃的名字命名的。邓诺埃说：“那个把所有线路连在一起的人，他眼睛仍然蒙着一层薄翳。他曾经是音乐家，可现在他什么都干不了。” 那576个处理器的每一个，都能通过叫孟菲斯转换器超幂转换网络，同任何一个处理器联系。所有的信息，即使在同一个柜里的处理器之间，必须经过孟菲斯转换器发送，正像早期联邦捷运公司的快递服务那样，所有的包裹（即使一件，例如从芝加哥至底特律），都必须经过盂菲斯城市递送。该转换器能在同一时间内处理相当于200万次的电话通话。 与连接机中的65，536个处理器一样，GF11中的576个处理器也都同时执行同样的指令，但它每个处理器的功率则更大。每个处理器能在60万亿之一秒时间里，用一个7位数乘一个7位数，比连接机中的一个处理器快3，000倍。这种极强的数字运行能力是计算质子质量所必需的。虽然GF11的设计是为了量子色彩动力学方面的计算，国际商业电器公司希望将这种计算机做些较小的调整之后，能解决计算量很大而传统计算机不能解决的其他科学问题。 GF11和RP3计算机在进行制造的时候，佩金-艾尔摩的奥克顿智囊箱里的连接机在紧张地工作，它的小红灯迷人地闪烁着。战略防御计划小组需要用镜子，把激光光束弹射到太空，佩金-艾尔摩公司正在给连接机模拟这种镜子。 不论是否具有人工智能作用，连接机适用于战场指挥。“今天，一场战役会牵涉10万支部队，每支部队以每小时25，000英里的速度行动，”佩金-艾尔摩公司汤姆·克雷说，“只需15分钟，战役就会完全结束，所以你必须同许多方面保持联系，连接机就起这种作用。” 电子计算机公司的第一个主顾佩金-艾尔摩公司购置了连接机，是再高兴没有了。克雷说：“我们喜欢它，即使别人还不准备抛弃用单个处理器编程序的40年的经验。并行处理像摇摆舞。当初人们说：‘这是什么讨厌的东西？这个艾尔维斯·普雷斯利①是什么人？’但人们接受了它，人们也将会接受并行处理机。” ________ ① 艾尔维斯·普雷斯利（ElvisPresley），1935—1977年，美国著名摇滚乐歌唱家。译者注。 |
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