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算力簡(jiǎn)史,是一段波瀾壯闊的歷史

君鑒科技 ? 2024-04-04 08:26 ? 次閱讀

今天這篇文章,我將給大家詳細(xì)介紹一下人類(lèi)算力的演進(jìn)過(guò)程。這是一段波瀾壯闊的歷史,值得我們駐足與回憶。

Chrent人工算力時(shí)代

人類(lèi)對(duì)算力的利用,從遠(yuǎn)古時(shí)期就已經(jīng)開(kāi)始了。

大腦,是我們最原生的算力工具。依靠大腦所提供的算力,我們才得以生存。

動(dòng)物也有大腦,也有算力,但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如人類(lèi)強(qiáng)勁。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中,人類(lèi)的大腦越來(lái)越發(fā)達(dá),最終幫助自己從萬(wàn)物生靈中脫穎而出,成為了地球的主宰。

在人類(lèi)早期階段,主要計(jì)算內(nèi)容是如何狩獵,如何防范襲擊,如何繁衍后代。后來(lái),有了基本的生存保障,人類(lèi)開(kāi)始將更多的算力用于改善生存質(zhì)量,例如搭建房屋、交易物品、制造工具等。

計(jì)算是對(duì)信息進(jìn)行處理的過(guò)程。所以,如何表達(dá)和記錄信息,是實(shí)施計(jì)算的第一步。

在原始社會(huì),為了更好地描述自己觀察到的信息(所見(jiàn)、所聞、所想),也為了更方便地進(jìn)行信息溝通,人類(lèi)開(kāi)始嘗試?yán)L畫(huà)。在繪畫(huà)的基礎(chǔ)上,又發(fā)明了文字。

文字,就是用表意符號(hào)對(duì)信息進(jìn)行“編碼”。它是物理世界和精神世界的一種映射和表達(dá)。有了文字,信息的記錄和傳遞效率大幅提升,人類(lèi)社會(huì)有了更強(qiáng)的聯(lián)結(jié)力,也有了歷史和文明的傳承。

文字里,還有一種很特殊的符號(hào),就是數(shù)字。

所有的人類(lèi)早期先進(jìn)文明,都有自己的文字,也有自己的數(shù)字?;跀?shù)字,他們還建立了數(shù)字系統(tǒng),例如巴比倫文明的六十進(jìn)制,瑪雅文明的二十進(jìn)制或十八進(jìn)制,中國(guó)和古埃及的十進(jìn)制。

數(shù)字出現(xiàn)后,人們將計(jì)數(shù)和算數(shù)的過(guò)程,稱(chēng)為計(jì)算。這是計(jì)算一詞的來(lái)源。

古希臘在數(shù)字和計(jì)算上比較領(lǐng)先,很早就創(chuàng)立了算術(shù)、幾何、代數(shù)等獨(dú)立學(xué)科。著名思想家、哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯(Pythagoras)發(fā)現(xiàn)并證明了勾股定理,是那一時(shí)期人類(lèi)計(jì)算水平的標(biāo)志。

后來(lái),畢達(dá)哥拉斯學(xué)派主張用數(shù)來(lái)解釋一切,認(rèn)為不僅萬(wàn)物都包含數(shù),而且“萬(wàn)物皆是數(shù)”。

事實(shí)證明,這種思想極具前瞻性。如今,我們確實(shí)實(shí)現(xiàn)了“萬(wàn)物皆比特”。

不跑題,我們繼續(xù)往下說(shuō)。

隨著時(shí)間的推移,人類(lèi)社會(huì)不斷進(jìn)步,計(jì)算需求也變得越來(lái)越復(fù)雜。僅僅依靠大腦這個(gè)“原生”算力工具,不太夠用。即便是用上手指、腳趾,也不行。于是,人類(lèi)開(kāi)始借助外部算力工具。

最早期的外部算力工具,是草繩、石頭,也就是所謂的“結(jié)繩記事”。

中國(guó)關(guān)于結(jié)繩記事的記載出自《易經(jīng)》中的《系辭下》:“上古結(jié)繩而治,后世圣人易之以書(shū)契?!蔽覀儸F(xiàn)在常見(jiàn)的中國(guó)結(jié),也源于“結(jié)繩記事”。

再后來(lái),文明繼續(xù)發(fā)展,我們有了算籌(一種用于計(jì)算的小棍子)。

在中國(guó),算籌誕生于春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期。我們經(jīng)常用到的成語(yǔ),例如運(yùn)籌帷幄、一籌莫展、技高一籌等,都是和算籌有關(guān)。

公元480年,祖沖之把圓周率精確計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后第七位(3.1415926),采用的工具就是算籌。他的這一記錄,保持了900多年。

除了算籌之外,我們還有一個(gè)更知名的算力工具,那就是算盤(pán)。

算盤(pán)的具體誕生時(shí)間已經(jīng)無(wú)從考證。有人說(shuō)是秦朝,也有人說(shuō)是東漢。東漢時(shí)期徐岳的著作《數(shù)術(shù)記遺》中,最早出現(xiàn)了“珠算”這個(gè)字眼。

算盤(pán)的歷史價(jià)值無(wú)需多言。直到現(xiàn)在,我們還能看到它的身影。

公元3世紀(jì),笈多王朝的古印度人發(fā)明了從0到9的一套數(shù)字體系。阿拉伯帝國(guó)崛起后,阿拉伯人將這套數(shù)字體系帶到了歐洲,結(jié)果就被誤以為是阿拉伯人發(fā)明的,所以叫阿拉伯?dāng)?shù)字。

同樣被帶到歐洲的,還有我們中國(guó)四大發(fā)明之一的造紙術(shù)。

前面我提到,圖畫(huà)和文字是人類(lèi)表達(dá)信息的方式。這些信息,肯定是需要載體的。

早期的載體,是龜甲、獸骨、獸皮、竹簡(jiǎn)、木牘、縑帛。這些載體要么稀少,要么昂貴,要么無(wú)法長(zhǎng)期保存。

西漢時(shí)期,造紙術(shù)在中國(guó)出現(xiàn),但工藝簡(jiǎn)陋,質(zhì)量不佳。后來(lái),東漢元興元年(105年),宦官蔡倫總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn),對(duì)造紙工藝進(jìn)行改進(jìn),顯著提升了紙的質(zhì)量,也為紙的普及奠定了基礎(chǔ)。

有了紙,信息的記錄和傳遞更加高效,生產(chǎn)效率大大提升,文化交流也更加頻繁。

阿拉伯?dāng)?shù)字和造紙術(shù)傳入歐洲,前者取代了冗長(zhǎng)的羅馬數(shù)字,后者取代了昂貴的羊皮和小牛皮。再加上后來(lái),中國(guó)的印刷術(shù)又傳了過(guò)去。

這一切,為歐洲文藝復(fù)興和科技萌芽鋪平道路。

Chrent機(jī)械算力時(shí)代

公元14世紀(jì),歐洲文藝復(fù)興正式開(kāi)啟。人文主義的思潮逐漸占據(jù)主流,人們開(kāi)始倡導(dǎo)通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)世界。

到了16世紀(jì),歐洲的科技就開(kāi)始爆發(fā)了。那一時(shí)期,整個(gè)歐洲群星璀璨,藝術(shù)和科學(xué)領(lǐng)域碩果累累,生產(chǎn)力水平直線上升。

數(shù)學(xué)作為所有科學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ),這一階段取得的研究進(jìn)展是最大的。

解析幾何學(xué)、微積分等,都誕生了。一大堆的天才數(shù)學(xué)家,輸出了海量的數(shù)學(xué)研究成果,不僅為其它學(xué)科的騰飛奠定了基礎(chǔ),還直接促成了后來(lái)的工業(yè)革命。

當(dāng)時(shí),為了更好地服務(wù)于數(shù)學(xué)計(jì)算,就有學(xué)者發(fā)明了新型的算力工具。

例如1625年,英國(guó)數(shù)學(xué)家威廉·奧特雷德(William Oughtred)發(fā)明了計(jì)算尺。1642年,法國(guó)數(shù)學(xué)家布萊茲·帕斯卡(Blaise Pascal)發(fā)明了人類(lèi)最早的機(jī)械計(jì)算機(jī)。

這些發(fā)明,可以輔助完成對(duì)數(shù)計(jì)算、三角函數(shù)計(jì)算、開(kāi)根計(jì)算等復(fù)雜任務(wù),提升計(jì)算效率。

17世紀(jì)末到18世紀(jì)中,德國(guó)數(shù)學(xué)家戈特弗里德·威廉·萊布尼茨(Gottfried Leibniz)等人,先后設(shè)計(jì)和制造了能夠計(jì)算乘法的設(shè)備,將算力工具提升到更高的層級(jí)。

18世紀(jì)60年代,第一次工業(yè)革命爆發(fā),將人類(lèi)帶入蒸汽時(shí)代。動(dòng)力機(jī)械崛起,開(kāi)始取代手工勞動(dòng),成為主要生產(chǎn)力。

機(jī)械技術(shù)的演進(jìn),同樣帶動(dòng)了機(jī)械化算力工具的演進(jìn)。

當(dāng)時(shí),困擾算力工具發(fā)展的主要問(wèn)題,是如何進(jìn)行機(jī)器能“看懂”的信息記錄和表達(dá)。機(jī)器是不識(shí)字的,想要讓機(jī)器按命令工作,必須先發(fā)明能讓機(jī)器看得懂的“語(yǔ)言”。

1725年,這種語(yǔ)言出現(xiàn)了。

這一年,法國(guó)人巴斯勒·布喬(Basile Bouchon)發(fā)明了一種和機(jī)器進(jìn)行“對(duì)話”的表達(dá)形式——打孔卡(穿孔卡)。

打孔卡用于織布機(jī)。織布機(jī)在編織過(guò)程中,編織針會(huì)往復(fù)滑動(dòng)。根據(jù)打孔卡上的小孔,編織針可以勾起經(jīng)線(沒(méi)孔就不勾),從而繪制圖案。

換言之,打孔卡是存儲(chǔ)了“圖案程序”的存儲(chǔ)器,對(duì)織布機(jī)進(jìn)行控制。

1801年,法國(guó)織機(jī)工匠約瑟夫·馬里爾·雅卡爾(Joseph Marie Jdakacquard)對(duì)打孔卡進(jìn)行了升級(jí)。他將打孔卡按一定順序捆綁,變成了帶狀,創(chuàng)造了穿孔紙帶(Punched Tape)的雛形。這種紙帶,被應(yīng)用于提花織機(jī)。

大家應(yīng)該能看出來(lái),打孔其實(shí)就是一種信息編碼方式。它比文字和數(shù)字更加簡(jiǎn)單,讓人與機(jī)器可以進(jìn)行“溝通”。

1811年,20歲的英國(guó)發(fā)明家查爾斯·巴貝奇(Charles Babbage)從提花織機(jī)中獲得靈感,開(kāi)始設(shè)計(jì)制造一臺(tái)名叫“差分機(jī)”的設(shè)備。

這臺(tái)“差分機(jī)”在1821年制造完成,歷時(shí)十年,可以進(jìn)行多種函數(shù)運(yùn)算,運(yùn)算精度達(dá)到了6位小數(shù)。

在這個(gè)成就的鼓舞下,巴貝奇又啟動(dòng)了第二臺(tái)“差分機(jī)”的研究,精度將達(dá)到20位??上У氖?,因?yàn)檫@個(gè)機(jī)器的設(shè)計(jì)太過(guò)超前(有25000多個(gè)零件,主要零件的誤差不得超過(guò)每英寸千分之一),以當(dāng)時(shí)的機(jī)械制造水平,很難達(dá)到精度要求。

所以,在歷經(jīng)二十年,耗費(fèi)了巨額資金之后,這個(gè)“差分機(jī)二號(hào)”的制造工作宣告失敗。

在制造“差分機(jī)二號(hào)”過(guò)程中,1834年,巴貝奇還提出了一個(gè)更大膽的想法——設(shè)計(jì)一個(gè)以蒸汽為動(dòng)力的通用數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī),能夠自動(dòng)解算有100個(gè)變量的復(fù)雜算題,每個(gè)數(shù)可達(dá)25位,速度可達(dá)每秒鐘運(yùn)算一次。

這種新的設(shè)計(jì),巴貝奇稱(chēng)之為“分析機(jī)”。

“分析機(jī)”和第二臺(tái)差分機(jī)一樣,最終未能制造成功。但“分析機(jī)”中包含的很多設(shè)計(jì),例如輸入和輸出數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)、以及“存儲(chǔ)庫(kù)”和“運(yùn)算室”,和一百多年后的計(jì)算機(jī)如出一轍。

因此,“分析機(jī)”被后人稱(chēng)為世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)。而巴貝奇,則被譽(yù)為計(jì)算機(jī)鼻祖。

值得一提的是,與巴貝奇進(jìn)行技術(shù)合作的,有一位小姐姐,名字叫阿達(dá)·奧古斯塔(Ada Augusta)。

她是詩(shī)人拜倫的獨(dú)生女。當(dāng)時(shí),她負(fù)責(zé)為“分析機(jī)”編程,也因此被稱(chēng)為世界上第一個(gè)“程序員”。

1878年,瑞典發(fā)明家?jiàn)W涅爾在俄國(guó)發(fā)明了一種齒數(shù)可變的齒輪計(jì)算機(jī),也算是機(jī)械計(jì)算機(jī)的代表之一。

到了1885年,已經(jīng)有越來(lái)越多的機(jī)械計(jì)算機(jī)誕生,掀起了一種技術(shù)風(fēng)潮。

1890年,一個(gè)牛人的出現(xiàn),讓打卡孔技術(shù)進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)光大。這個(gè)人,就是德裔美國(guó)人——赫爾曼·何樂(lè)禮(Herman Hollerith)。

他在打孔卡的基礎(chǔ)上,發(fā)明了打孔卡制表機(jī),專(zhuān)門(mén)用于收集并統(tǒng)計(jì)人口普查數(shù)據(jù)。

如此巨大的效率提升,使得制表機(jī)在各個(gè)行業(yè)迅速普及。半自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理時(shí)代,正式開(kāi)始了。

后來(lái),1896年,赫爾曼·何樂(lè)禮創(chuàng)辦了制表機(jī)器公司(Tabulating Machine Company)。這家公司,就是IBM公司的前身。

18-19世紀(jì),機(jī)械計(jì)算的發(fā)展速度很快。一方面,是因?yàn)楣I(yè)革命推動(dòng)下的技術(shù)升級(jí),為機(jī)械算力的精細(xì)化打下基礎(chǔ)。另一方面,人類(lèi)科技飛速進(jìn)步,又需要先進(jìn)算力工具進(jìn)行輔助。

那一時(shí)期,算力高速發(fā)展,還有一個(gè)重要背景,就是人們對(duì)信息價(jià)值的認(rèn)知,開(kāi)始發(fā)生變化。

在古代,人們并沒(méi)有什么“信息(information)”的概念。更多用到的詞,是“消息(message)”,或者說(shuō)“訊息”。

消息是一個(gè)具體的傳達(dá)內(nèi)容,比較簡(jiǎn)短、明確。飛鴿傳書(shū)、烽火驛站,傳遞的都是消息。

而信息,則是一個(gè)更宏觀和抽象的概念,范圍更大,體量也更大。它是對(duì)物理世界的一種描述。

在古代,信息的傳遞手段落后,加上我們生活生存也用不到那么多信息,所以,沒(méi)有對(duì)信息的認(rèn)知,也沒(méi)有意識(shí)到它的價(jià)值。

文藝復(fù)興和工業(yè)革命開(kāi)始之后,時(shí)代迅速變化。

生產(chǎn)要素變了,新的商業(yè)模式出現(xiàn)了,歐美國(guó)家率先開(kāi)始發(fā)現(xiàn):信息是有價(jià)值的。

銀行、股市和現(xiàn)代市場(chǎng)的出現(xiàn),加速了信息價(jià)值的提升。人們發(fā)現(xiàn):誰(shuí)先獲得信息,誰(shuí)就能賺大錢(qián)。

于是,人們對(duì)“信息”的理解,開(kāi)始變得深刻。

從某種程度上來(lái)說(shuō),信息價(jià)值提升,刺激了人們對(duì)信息產(chǎn)生和傳輸手段的需求,加速了相關(guān)科技的發(fā)展。這為后面信息時(shí)代的到來(lái)奠定了基礎(chǔ)。

Chrent電子算力時(shí)代

第一次和第二次工業(yè)革命,分別是蒸汽革命和電氣革命,屬于能源和動(dòng)力方面的變革。

除了將電用于能源之外,19世紀(jì)的科學(xué)家,還開(kāi)始探索電對(duì)信息存儲(chǔ)和傳遞的作用。1837年,電報(bào)的發(fā)明,就是一個(gè)重要的標(biāo)志。

電報(bào)是將信息通過(guò)電脈沖的方式進(jìn)行傳遞。在傳遞之前,還是要解決信息編碼問(wèn)題。

電報(bào)發(fā)明人塞繆爾·莫爾斯(Samuel Morse)在發(fā)明電報(bào)之前,先發(fā)明了摩斯碼。摩斯碼就是將字符轉(zhuǎn)換成點(diǎn)dot(.)、劃dash(-)兩種符號(hào)的一種編碼方式。電脈沖可以很好地傳遞這種編碼。

后來(lái),人類(lèi)對(duì)電技術(shù)的駕馭能力越來(lái)越成熟,我們又有了電話?;陔姶爬碚摰陌l(fā)展,我們還有無(wú)線電報(bào)和廣播。所有這些,都為計(jì)算技術(shù)(信息技術(shù))從機(jī)械化走向電子化作出了鋪墊。

1937-1946:電子計(jì)算機(jī)的誕生

機(jī)械時(shí)代的計(jì)算機(jī),可以通過(guò)齒輪或者帶刻度的圓柱,進(jìn)行數(shù)字的標(biāo)記。到了電子時(shí)代,這樣做就不太合適了。電的特點(diǎn)是有(通電)和無(wú)(不通電),它比較適合的,顯然是二進(jìn)制。

17世紀(jì)后半葉,德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茨(是的,又是他。他也是微積分的發(fā)明人)率先提出了二進(jìn)制。他形象地用1表示上帝,用0表示虛無(wú),上帝從虛無(wú)中創(chuàng)造出所有的實(shí)物。

19世紀(jì)中葉,英國(guó)數(shù)理邏輯學(xué)家喬治·布爾(George Boole)提出了邏輯代數(shù)(后來(lái)被人們稱(chēng)為“布爾代數(shù)”)。

他通過(guò)二進(jìn)制,將算數(shù)和簡(jiǎn)單的邏輯統(tǒng)一起來(lái),通過(guò)使用與、或、非等邏輯運(yùn)算符,以及基于真和假的二值邏輯,為我們提供了一種理解和操縱邏輯關(guān)系的工具。

布爾代數(shù)為計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制、開(kāi)關(guān)邏輯電路的設(shè)計(jì)鋪平了道路,并最終為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)明奠定了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

除了邏輯基礎(chǔ)之外,硬件當(dāng)然也要跟上。

1904年,英國(guó)人約翰·安布羅斯·弗萊明(John Ambrose Fleming)發(fā)明了真空電子二極管,可以實(shí)現(xiàn)單向?qū)щ?,檢波、整流。1906年,美國(guó)人德·福雷斯特(Lee De Forest)在二極管的基礎(chǔ)上加以改進(jìn),發(fā)明了真空三級(jí)電子管,可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大。

真空管的出現(xiàn),推動(dòng)人類(lèi)電子技術(shù)向前邁了一大步,初步補(bǔ)足了硬件短板。

那一時(shí)期,信息存儲(chǔ)技術(shù)也有了很大進(jìn)步。

1898年,丹麥工程師瓦蒂瑪·保爾森(Valdemar Poulsen)在自己的電報(bào)機(jī)中首次采用了磁線技術(shù),使之成為人類(lèi)第一個(gè)實(shí)用的磁聲記錄和再現(xiàn)設(shè)備。1928年,德國(guó)工程師弗里茨·普弗勒默(Fritz Pfleumer)發(fā)明了錄音磁帶。1932年,奧地利工程師古斯塔夫·陶謝克(Gustav Tauschek)發(fā)明了磁鼓存儲(chǔ)器。

磁性存儲(chǔ)時(shí)代,正式開(kāi)始了。

1937年,英國(guó)劍橋大學(xué)的阿蘭·圖靈(Alan M. Turing)提出了被后人稱(chēng)之為“圖靈機(jī)”的數(shù)學(xué)模型。為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的邏輯工作方式指引了方向。

同樣是1937年,貝爾試驗(yàn)室的喬治·斯蒂比茲(George Stibitz)展示了用繼電器表示二進(jìn)制的裝置。盡管僅僅是個(gè)展示品,但卻是第一臺(tái)二進(jìn)制電子計(jì)算機(jī)。

二戰(zhàn)爆發(fā)后,軍事需求大大刺激了算力的發(fā)展。軍方需要更加強(qiáng)勁的算力,完成密碼加密解密、火炮彈道計(jì)算甚至火箭發(fā)射等重要任務(wù)。

1941年12月,德國(guó)人康拉德·楚澤(Konrad Zuse)制作完成了世界上第一臺(tái)可編程電子計(jì)算機(jī)——Z3。

這臺(tái)計(jì)算機(jī)用于空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算,使用了大量的繼電器和真空管,每秒鐘能做3到4次加法運(yùn)算,一次乘法需要3到5秒。(遺憾的是,Z3后來(lái)毀于柏林轟炸。)

1942年,美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)物理系副教授阿塔納索夫(John V.Atanasoff)和他的學(xué)生克利福德·貝瑞(Clifford Berry)設(shè)計(jì)制造了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī),名為"ABC"(Atanasoff-Berry Computer),也被稱(chēng)為“珍妮機(jī)”。


ABC計(jì)算機(jī)

ABC使用了IBM的80列穿孔卡作為輸入和輸出,使用真空管處理二進(jìn)制格式的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),則是使用的再生電容磁鼓存儲(chǔ)器(Regenerative Capacitor Memory)。

雖然ABC無(wú)法進(jìn)行編程(僅用于求解線性方程組),但使用二進(jìn)制數(shù)字來(lái)表示數(shù)據(jù)、使用電子元件進(jìn)行計(jì)算(而非機(jī)械開(kāi)關(guān))、計(jì)算和內(nèi)存分離等特點(diǎn),都足以證明它是一臺(tái)現(xiàn)代意義上的數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。

1944年,在IBM公司的支持下,哈佛大學(xué)博士霍華德·艾肯 (Howard Aiken) 成功研制了通用電子計(jì)算機(jī)——Mark I,也稱(chēng)ASCC(Automatic Sequence Controlled Calculator,自動(dòng)控制序列計(jì)算器)。

Mark I長(zhǎng)16米,重4.3噸,擁有75萬(wàn)個(gè)零部件,使用了800公里長(zhǎng)的電線,300萬(wàn)個(gè)連接、3500個(gè)多極繼電器、2225個(gè)計(jì)數(shù)器。

它能在一秒鐘內(nèi)進(jìn)行3次加法或減法,乘法需要6秒,除法需要15.3秒,對(duì)數(shù)或三角函數(shù)超過(guò)1分鐘。當(dāng)時(shí),它被用來(lái)為美國(guó)海軍計(jì)算彈道火力表。

值得一提的是,第一個(gè)在Mark I上運(yùn)行的程序是由馮·諾依曼(John von Neumann)于1944年3月29日牽頭開(kāi)發(fā)的。當(dāng)時(shí),馮·諾依曼正在研究曼哈頓計(jì)劃,需要確定內(nèi)爆是否是原子彈的可行選擇。

還需要提一句,Mark I的研究團(tuán)隊(duì)中,有一位名叫格蕾絲·霍珀(Grace Hopper)的海軍預(yù)備役女軍官?!癰ug(現(xiàn)在經(jīng)常指代程序漏洞)”這個(gè)詞,就是她引入的。

1945年,Mark II在運(yùn)行過(guò)程中,飛進(jìn)了一只飛蛾,導(dǎo)致出現(xiàn)故障?;翮晗麥缌孙w蛾,解決了問(wèn)題,成為第一個(gè)“調(diào)試(debug)”計(jì)算機(jī)的人。

終于,到了1946年2月14日,大名鼎鼎的ENIAC(埃尼阿克)誕生了。

ENIAC是一個(gè)真正的“龐然大物”。它占地170平方米,重達(dá)30噸,功率超過(guò)150千瓦。

之所以體積和功耗這么大,是因?yàn)樗捎昧?7468根真空管。這些真空管,使其可以每秒完成5000次加法或400次乘法,約為手工計(jì)算的20萬(wàn)倍。

ENIAC在人類(lèi)計(jì)算機(jī)發(fā)展史上擁有重要地位,也有極高的知名度。至少我們的《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論》課本上,肯定有它的名字。

這里需要澄清一下,雖然人們一貫將ENIAC稱(chēng)為世界上第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī),但這個(gè)說(shuō)法其實(shí)是有爭(zhēng)議的。

前面提到的ABC,就是這個(gè)稱(chēng)謂的有力爭(zhēng)奪者。ENIAC甚至稱(chēng)不上第二。那一時(shí)期問(wèn)世的數(shù)字電子計(jì)算機(jī)很多,嚴(yán)格來(lái)說(shuō),ENIAC只能排第11。

國(guó)外主流觀點(diǎn)認(rèn)為,ENIAC的設(shè)計(jì)者盜竊了ABC的設(shè)計(jì)。1973年,美國(guó)法院也裁定,取消了ENIAC的專(zhuān)利,認(rèn)定ENIAC專(zhuān)利是ABC的衍生品。

關(guān)于誰(shuí)是第一,我們就不多討論了。反正,1945年左右,電子計(jì)算機(jī)誕生的浪潮,標(biāo)志著人類(lèi)算力正式進(jìn)入了數(shù)字電子計(jì)算機(jī)時(shí)代。波瀾壯闊的信息技術(shù)革命,正式開(kāi)啟。以計(jì)算機(jī)為中心的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè),也正式起步。

從這一刻起,人類(lèi)的算力,進(jìn)入了全新的階段。

1946-1949:信息革命的奠基

1945年至1948年,除了ENIAC誕生外,科技領(lǐng)域還發(fā)生了好幾件大事。

第一件大事:馮·諾依曼架構(gòu)的提出

馮·諾依曼(John Von Neumann)是美籍匈牙利人,1903年出生,1930年移民美國(guó),成為普林斯頓大學(xué)的教授。

1944年,馮·諾依曼開(kāi)始參與原子彈的研制。因?yàn)檠兄七^(guò)程需要進(jìn)行大量的計(jì)算,他就開(kāi)始關(guān)注計(jì)算機(jī)相關(guān)的研究進(jìn)展。經(jīng)人引薦,他作為顧問(wèn),參與到了ENIAC的研究中。

基于ENIAC的研究,馮·諾依曼等人在1945年又提出了一個(gè)新的方案——EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer,電子離散變量計(jì)算機(jī))。

在馮·諾依曼撰寫(xiě)的總結(jié)報(bào)告《關(guān)于EDVAC的報(bào)告草案》中,他詳細(xì)闡述了一種制造電子計(jì)算機(jī)和進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的新思路,并設(shè)計(jì)了由運(yùn)算器、邏輯控制、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備組成的新型架構(gòu)。

是的沒(méi)錯(cuò),這就是著名的馮·諾依曼架構(gòu)。

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馮·諾依曼架構(gòu)

直到現(xiàn)在,馮·諾依曼架構(gòu)仍然是我們計(jì)算機(jī)的主流架構(gòu)?;谶@個(gè)貢獻(xiàn),馮·諾依曼也被世人譽(yù)為“現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父”。(他在數(shù)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)也很卓著,被稱(chēng)為“博弈論之父”。)

第二件大事:信息論的提出

1948年,貝爾實(shí)驗(yàn)室的克勞德·香農(nóng)(Claude Elwood Shannon)出版了《通信的數(shù)學(xué)理論》。這本書(shū)被看作是信息論的奠基之作。

香農(nóng)給出了通信系統(tǒng)的基本模型,提出了信息熵的概念以及數(shù)學(xué)表達(dá)式。

他指出,信息是可以被量化的,用數(shù)字編碼可以代表任何類(lèi)型的信息。香農(nóng)還推出了比特(bit)的概念,將其稱(chēng)為“用于測(cè)量信息的單位”。

香農(nóng)提出的香農(nóng)公式,更是指導(dǎo)了整個(gè)通信行業(yè)發(fā)展,直到現(xiàn)在也沒(méi)有被突破。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),香農(nóng)的信息論,為信息技術(shù)奠定了真正的理論基礎(chǔ)。他是當(dāng)之無(wú)愧的現(xiàn)代信息通信技術(shù)“祖師爺”。

第三件大事:晶體管的發(fā)明

這個(gè)就不用多說(shuō)了吧。

1947年,同樣是來(lái)自貝爾實(shí)驗(yàn)室的威廉·肖克利(William Shockley)、約翰·巴?。↗ohn Bardeen)和沃爾特·布拉頓(Walter Brattain),共同發(fā)明了世界上第一個(gè)晶體管。

晶體管的問(wèn)世,為電路的小型化打下了基礎(chǔ),也為集成電路以及芯片的出現(xiàn)創(chuàng)造了前提。它開(kāi)辟了電子時(shí)代的全新紀(jì)元。

上面說(shuō)的三件大事,是信息技術(shù)革命爆發(fā)的前提條件,對(duì)人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步造成了極其深遠(yuǎn)的影響。

1950-1967:集成電路時(shí)代

1951年,發(fā)明了ENIAC的約翰·埃克特(J. Presper Eckert)和約翰·莫奇利(John Mauchly)再度合作,研制了世界上第一臺(tái)商用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——UNIVAC-1。

這套系統(tǒng)被美國(guó)人口普查部門(mén)用于人口普查,它還成功預(yù)測(cè)了1952年底的美國(guó)總統(tǒng)大選,一夜之間名聲大噪。

1952年,馮·諾依曼領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計(jì)的EDVAC終于制造完成,開(kāi)始運(yùn)行。

相比ENIAC,EDVAC擁有獨(dú)立的存儲(chǔ),是第一臺(tái)使用磁帶的計(jì)算機(jī)。當(dāng)時(shí),磁存儲(chǔ)已初露鋒芒,成為信息載體的新選擇。

晶體管的應(yīng)用

再后來(lái),晶體管技術(shù)開(kāi)始逐漸成熟,進(jìn)入市場(chǎng)。相比真空管(電子管),晶體管的體積更小,功耗更低,使得電子設(shè)備變得更加小巧、省電。

1954年,世界上第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)TRADIC,在美國(guó)空軍投入使用(貝爾實(shí)驗(yàn)室研制)。其運(yùn)行功耗不超過(guò)100W,體積不超1立方米,相比當(dāng)年的ENIAC有天壤之別。

1958年,美國(guó)的RCA公司造出了世界上第一臺(tái)全部使用晶體管的計(jì)算機(jī)——RCA501。

不久后,1959年,IBM公司不甘落后,也生產(chǎn)出全部晶體管化的計(jì)算機(jī)——IBM 7090。

基于IBM 7090,美洲航空公司和IBM共同研發(fā)了世界上第一款訂票系統(tǒng)——Sabre。Sabre迅速普及,帶動(dòng)了IBM計(jì)算機(jī)的市場(chǎng)份額激增,也給其它行業(yè)展示了計(jì)算機(jī)的巨大潛力。

集成電路的誕生

說(shuō)到這里,我們要回過(guò)頭,講講發(fā)明了晶體管的威廉·肖克利。

肖克利所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)雖然合作發(fā)明了晶體管,但內(nèi)部關(guān)系并不好。主要原因,是因?yàn)樾た死@個(gè)人為人刻薄,很難相處。晶體管發(fā)明后,沒(méi)多久,團(tuán)隊(duì)成員紛紛離開(kāi)了他。

1954年,肖克利在貝爾實(shí)驗(yàn)室也待不下去了,就跑去教書(shū)。再后來(lái),1956年,他來(lái)到美國(guó)西部加利福尼亞州的山景城,在一個(gè)名叫Palo Alto的小城市(后來(lái)是硅谷的一部分),成立了“肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室”。

實(shí)驗(yàn)室吸引了很多優(yōu)秀年輕人的加入。其中就包括羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)和戈登·摩爾(Gordon Moore)等8人。

后來(lái),肖克利的事業(yè)再次因個(gè)人原因走入困境。于是,1957年9月18日,上面提到的8個(gè)年輕人,一起向肖克利提交辭呈。肖克利大發(fā)雷霆,痛斥這幫“忘恩負(fù)義”的年輕人,罵他們是“八叛徒”(traitorous eight)。

“八叛徒”出走后,共同成立了仙童半導(dǎo)體(Fairchild Semiconductor)。

仙童半導(dǎo)體在科技史上擁有舉足輕重的地位。它是世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的搖籃,也被譽(yù)為芯片界的黃埔軍校。

1959年,德州儀器的杰克·基爾比(Jack St. Clair Kilby)和仙童半導(dǎo)體的羅伯特·諾伊斯,先后發(fā)明了基于鍺基底擴(kuò)散工藝和硅基底平面工藝的集成電路,打開(kāi)了集成電路時(shí)代的大門(mén)。

1959年之后的計(jì)算機(jī),大量采用了晶體管和集成電路。計(jì)算機(jī)的算力不斷增強(qiáng),體積和功耗反而不斷減小。

軟件產(chǎn)業(yè)的萌芽

計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)準(zhǔn)備騰飛的同時(shí),計(jì)算機(jī)軟件也開(kāi)始萌芽了。

包括ENIAC在內(nèi)的早期計(jì)算機(jī),沒(méi)有操作系統(tǒng)的概念,都是操作員進(jìn)行手工操作。

后來(lái),進(jìn)入1950年代,為了提升操作效率,開(kāi)發(fā)了批處理系統(tǒng)。

到了1960年代,處理器的速度越來(lái)越快,需要執(zhí)行的任務(wù)越來(lái)越多。于是,“多道程序系統(tǒng)”出現(xiàn)了?!岸嗟莱绦蛳到y(tǒng)”,采用了通道和中斷技術(shù),允許系統(tǒng)執(zhí)行“掛起”操作。計(jì)算機(jī)從串行變成了并行,可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù),提升了效率。

“多道程序系統(tǒng)”,基本上已經(jīng)接近于真正的操作系統(tǒng)了。

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除了操作系統(tǒng)之外,計(jì)算機(jī)語(yǔ)言也有了突破。

1957年,IBM公司成功開(kāi)發(fā)了FORTRAN高級(jí)語(yǔ)言。它是世界上第一個(gè)被正式采用并流傳至今的高級(jí)編程語(yǔ)言。

所謂高級(jí)語(yǔ)言,就是一種接近于人們使用習(xí)慣的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它容易學(xué)習(xí),通用性強(qiáng),寫(xiě)出的程序比較短,便于推廣和交流。

1960年4月,COBOL語(yǔ)言正式發(fā)布。1964年,BASIC語(yǔ)言發(fā)布。高級(jí)語(yǔ)言的不斷涌現(xiàn),為后面的軟件產(chǎn)業(yè)爆發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

IBM System/360

1960年代,IBM是世界計(jì)算機(jī)行業(yè)毫無(wú)疑問(wèn)的“領(lǐng)頭羊”。在計(jì)算機(jī)市場(chǎng),他們占據(jù)絕對(duì)的市場(chǎng)領(lǐng)先地位(在北美市場(chǎng),市占率超過(guò)三分之二)。

1961年12月,IBM公司啟動(dòng)了一項(xiàng)人類(lèi)史上規(guī)模最大的商用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃耗資50億美元(約今日的460億美元)、雇用6萬(wàn)多名新員工、新建5座工廠。

1964年4月7日,計(jì)劃成果初現(xiàn),IBM公司正式發(fā)布了六種規(guī)格的System/360商用大型主機(jī)。

360,是360度角的意思,表示全方位的服務(wù)。它是世界上首個(gè)指令集可兼容計(jì)算機(jī)。單個(gè)操作系統(tǒng)可以適用整個(gè)系列,而不需要像之前的計(jì)算機(jī)一樣,每種主機(jī)量身定做操作系統(tǒng)。

這時(shí),人們才明白,原來(lái)電腦主體硬件升級(jí)之后,操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件還有外圍硬件,都是可以繼續(xù)使用的?!凹嫒荨钡母拍?,開(kāi)始形成了。

IBM System/360是IBM史上最成功的機(jī)型,雖然研發(fā)投入巨大,但回報(bào)同樣可觀——每臺(tái)主機(jī)的價(jià)格在250萬(wàn)到300萬(wàn)美元之間(約合現(xiàn)在的2000萬(wàn)美元),每月售出超過(guò)千臺(tái)。

藍(lán)色巨人年銷(xiāo)售額的一半,都來(lái)自于這個(gè)系列。美國(guó)太空總署的阿波羅登月計(jì)劃,全美的銀行跨行交易系統(tǒng),以及航空業(yè)界最大的在線票務(wù)系統(tǒng)等,都使用了IBM System/360。

值得一提的是,雖然IBM霸占了大型機(jī)市場(chǎng),但60年代初,很多IT公司創(chuàng)立,他們轉(zhuǎn)向了IBM不太在乎的小型化計(jì)算機(jī)市場(chǎng),并取得了不錯(cuò)的成果。

例如,DEC公司(1957年成立)以及他們發(fā)布的PDP-8、PDP-11、VAX-11系列主機(jī)。這些主機(jī)體積小、功耗低、運(yùn)算速度也不算差(每秒幾十萬(wàn)次基本運(yùn)算),獲得了很多用戶的歡迎。

PDP-8

Chrent1967-1979:大規(guī)模集成電路時(shí)代

摩爾定律

時(shí)代的車(chē)輪繼續(xù)滾滾向前。

1965年,時(shí)任仙童半導(dǎo)體公司研究開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室主任的戈登·摩爾,應(yīng)邀為《電子學(xué)》雜志35周年專(zhuān)刊寫(xiě)了一篇觀察評(píng)論報(bào)告,題目是:《讓集成電路填滿更多的元件》。

開(kāi)始繪制數(shù)據(jù)圖表時(shí),摩爾發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的趨勢(shì):在前一個(gè)芯片產(chǎn)生后的18-24個(gè)月內(nèi),會(huì)誕生一個(gè)新芯片。而這個(gè)新芯片的性能(集成電路數(shù)量),大約是前一代的兩倍。也就是說(shuō),芯片的能力,以固定時(shí)間(18-24個(gè)月)為周期,在翻倍提升。

摩爾的這個(gè)偉大發(fā)現(xiàn),就是著名的摩爾定律。

這一定律目前已經(jīng)持續(xù)了半個(gè)多世紀(jì),準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),成為指導(dǎo)計(jì)算機(jī)處理器制造的黃金準(zhǔn)則,也是科技行業(yè)奉為圭臬的鐵律。

微處理器

1967年,大規(guī)模集成電路(Large Scale Integration,LSI)出現(xiàn),真正的芯片時(shí)代到來(lái)了。

1968年7月,羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾從仙童半導(dǎo)體公司辭職,創(chuàng)立了英特爾Intel)公司。

最開(kāi)始,英特爾是做半導(dǎo)體存儲(chǔ)器產(chǎn)品的。后來(lái),因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)激烈,他們轉(zhuǎn)向處理器方向。

1971年,英特爾開(kāi)發(fā)出了世界上第一個(gè)商用處理器——Intel 4004。這款處理器片內(nèi)集成了2250個(gè)晶體管,能夠處理4bit的數(shù)據(jù),每秒運(yùn)算6萬(wàn)次,工作頻率為108KHz。

Intel 4004的出現(xiàn),標(biāo)志著微處理器時(shí)代的開(kāi)始。1974 年,英特爾又推出了面向個(gè)人電腦開(kāi)發(fā)的微處理器——Intel 8080,其性能是4004的20倍。


MITS公司于1974年推出的經(jīng)典微型電腦Altair 8800,就是基于8080處理器。

Altair 8800在1975年1月的《大眾電子學(xué)》雜志社上發(fā)布后,引起了計(jì)算機(jī)愛(ài)好者的廣泛關(guān)注。其中,就包括一個(gè)哈佛大學(xué)的楞青少年,以及他的伙伴。他倆后來(lái)一起為Altair 8800設(shè)計(jì)了Altair BASIC,并創(chuàng)辦了一家名叫Microsoft(微型軟件)的公司。

沒(méi)錯(cuò),這個(gè)楞青的名字叫做比爾·蓋茨,他的伙伴叫保羅·艾倫。

個(gè)人電腦

Altair 8800經(jīng)常被稱(chēng)為第一臺(tái)個(gè)人電腦(PC),但實(shí)際上,這個(gè)稱(chēng)謂是存在爭(zhēng)議的。

1971年,美國(guó)的Kenbak公司發(fā)布了Kenbak-1計(jì)算機(jī)。這臺(tái)計(jì)算機(jī),被計(jì)算機(jī)歷史博物館認(rèn)為是世界上第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)。

Kenbak-1由中小型集成電路組成,沒(méi)有使用微處理器。該系統(tǒng)最初售價(jià)為750美元,僅制造和銷(xiāo)售了大約40臺(tái)。1973年,Kenbak公司倒閉,Kenbak-1停產(chǎn)。

1973 年,法國(guó)R2E公司生產(chǎn)了第一臺(tái)基于微處理器的商用計(jì)算機(jī)——Micral。Micral的說(shuō)明書(shū)里,首次提到了“微機(jī)(Micro-computer)”。

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Micral

另一個(gè)“第一臺(tái)個(gè)人電腦”的有力爭(zhēng)奪者,是來(lái)自著名的施樂(lè)公司帕洛阿圖研究中心(Xerox PARC)的Alto。

1973年,他們推出了Alto(“奧托”)。它是第一臺(tái)使用鼠標(biāo)和圖形用戶界面 (GUI) 的計(jì)算機(jī),和我們現(xiàn)在使用的計(jì)算機(jī)已經(jīng)很像了。它的很多設(shè)計(jì),對(duì)喬布斯的蘋(píng)果,以及比爾蓋茨的微軟,產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

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1975年,王安公司(WANG)推出了世界上第一臺(tái)具有編輯、檢索功能的文字處理機(jī),初具臺(tái)式電腦的雛形。這臺(tái)電腦的屏幕能直接顯示文字,鍵盤(pán)可以快速修改文稿。


1977年,有三臺(tái)個(gè)人電腦經(jīng)典機(jī)型推出,分別是Commodore公司的Commodore PET、蘋(píng)果公司的APPLE II、Tandy Radio Shack的TRS-80 Model II。


個(gè)人電腦的大量涌現(xiàn),意義極為重大。它標(biāo)志著計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的商業(yè)模式開(kāi)始發(fā)生變化,算力不再僅為少數(shù)大型企業(yè)服務(wù)(大型機(jī)),而是開(kāi)始昂首走向了普通家庭和中小企業(yè)。

技術(shù)蓄力

個(gè)人電腦想要真正發(fā)展起來(lái),僅靠處理器是沒(méi)用的,還需要存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)以及軟件技術(shù)的配合。

1973年,IBM又發(fā)明了Winchester(溫徹斯特)硬盤(pán)3340。這塊磁盤(pán)使用了密封組件、潤(rùn)滑主軸和小質(zhì)量磁頭。工作時(shí),磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)片上方,而不與盤(pán)片直接接觸。

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Winchester 3340

Winchester 3340是現(xiàn)代硬盤(pán)的原型。換句話說(shuō),你現(xiàn)在用的電腦磁盤(pán)(HDD),架構(gòu)上和1973年沒(méi)有太大區(qū)別。

網(wǎng)絡(luò)方面,1970年,Internet的雛形ARPAnet基本完成。

1973年5月22日,施樂(lè)公司PARC研究中心的羅伯特·梅特卡夫(Robert M. Metcalfe)正式提出了“以太網(wǎng)”的設(shè)想,并于11月份設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。


1978年,在溫頓·瑟夫(Vinton G. Cerf)、羅伯特.卡恩(Robert E. Kahn)等人的努力下,TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也誕生了。

在軟件產(chǎn)業(yè)方面,1970年代的成果同樣令人應(yīng)接不暇。

1973年,貝爾實(shí)驗(yàn)室的肯·湯普森(Ken Thomson)和丹尼斯.里奇(Dennis Ritchie)正式發(fā)表論文,宣告了UNIX操作系統(tǒng)的存在,引起全行業(yè)轟動(dòng),被視為現(xiàn)代操作系統(tǒng)誕生的標(biāo)志。

肯·湯普森(坐者)和丹尼斯·里奇(站者)

1970年和1972年,F(xiàn)orth編程語(yǔ)言和C語(yǔ)言先后開(kāi)發(fā)完成。

1970年,IBM公司的研究員埃德加·弗蘭克·科德(Edgar Frank Codd),通過(guò)一篇名為《大型共享數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的關(guān)系模型》的論文,開(kāi)啟了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)代。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的出現(xiàn),為后來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用高速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

埃德加·弗蘭克·科德

1974年,IBM公司圣何塞實(shí)驗(yàn)室發(fā)起了IBM System R項(xiàng)目,首次實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(SQL)。

1977年,后來(lái)被稱(chēng)為IT狂人的拉里·埃里森(Larry Ellison)與合作人共同投資了2000美元,成立了SDL公司(后來(lái)的Oracle公司)。1979年,他們推出了Oracle數(shù)據(jù)庫(kù),開(kāi)啟了商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的全新時(shí)代。

1970年代是非常偉大的,IT產(chǎn)業(yè)的真正起步,正是始于這個(gè)時(shí)期。處理器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)……全都在飛速發(fā)展。

這些從0到1的突破,最終將在1980年代掀起令人驚心動(dòng)魄的IT狂潮。算力技術(shù)的真正轉(zhuǎn)折,即將到來(lái)。

Chrent1980-1990:PC時(shí)代

IBM-PC和“兼容機(jī)”

70年代微處理器的誕生,使得個(gè)人電腦開(kāi)始大量出現(xiàn)。

這種情況,讓傳統(tǒng)巨頭IBM感受到了威脅。一直以來(lái),他們都專(zhuān)注于大型機(jī),導(dǎo)致忽視了小型機(jī)的市場(chǎng)。

為了亡羊補(bǔ)牢,他們也決定啟動(dòng)自己的個(gè)人電腦研發(fā)計(jì)劃。

1980年3月,IBM召開(kāi)一次高層秘密會(huì)議,設(shè)立“Chess(國(guó)際象棋)”項(xiàng)目,專(zhuān)門(mén)研發(fā)個(gè)人電腦(Personal Computer這個(gè)詞,就是這時(shí)被IBM提出來(lái)的)。

負(fù)責(zé)這個(gè)項(xiàng)目的,是唐·埃斯特利奇(Don Estridge)。他帶領(lǐng)了一個(gè)13人小組,蹲在弗羅里達(dá)州博卡拉頓鎮(zhèn)的一間倉(cāng)庫(kù)里,進(jìn)行秘密研發(fā)工作。

最開(kāi)始的時(shí)候,他們打算采用自己的處理器(IBM 801)和操作系統(tǒng)。但考慮到時(shí)間緊迫(領(lǐng)導(dǎo)要求1年內(nèi)搞定),他們還是決定與第三方合作。

1981年8月12日,他們的工作有了成果,IBM公司正式推出了IBM-PC(IBM5150),搭載的是英特爾的8088處理器(16位,4.77MHz),以及微軟的PC-DOS操作系統(tǒng)。

IBM-PC售價(jià)為1565美元,擁有16K內(nèi)存(可以根據(jù)需要擴(kuò)展到256K),帶有5.25英寸軟盤(pán)。它為擴(kuò)充能力設(shè)計(jì)了總線插卡,可以讓用戶加裝顯卡,并自行選擇黑白或彩色顯示器。

IBM-PC推出后,很快獲得了巨大的成功,第一年銷(xiāo)售就超過(guò)20萬(wàn)臺(tái),1985年更是超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)。

它不僅被評(píng)為《時(shí)代》周刊封面的“年度人物”,還榮膺了“二十世紀(jì)最偉大產(chǎn)品”的稱(chēng)號(hào)。(可惜的是,作為IBM-PC的締造者,唐·埃斯特利奇在1985年死于空難。)

IBM-PC的成功,吸引了很多廠商對(duì)它進(jìn)行“仿制”。他們參考IBM-PC的標(biāo)準(zhǔn),打造可以“兼容”使用IBM-PC配套軟件、擴(kuò)展卡和外設(shè)的產(chǎn)品,稱(chēng)為“兼容機(jī)”(電腦DIY的鼻祖)。

1982年6月,哥倫比亞數(shù)據(jù)產(chǎn)品公司(Columbia Data Products)推出了第一臺(tái)IBM PC兼容機(jī)——MPC 1600。11月,康柏(Compaq)緊隨其后,推出了與IBM PC兼容的便攜式電腦——Portable(1983年3月出產(chǎn))。

“兼容機(jī)”配置靈活,價(jià)格便宜,很快搶走了IBM-PC的市場(chǎng)份額。1983年,IBM占據(jù)PC市場(chǎng)份額的大約76%。到了1986年,就跌成了26%。這讓IBM郁悶不已。

英特爾與微軟

PC兼容機(jī)的全面崛起,真正受益者是英特爾和微軟。

IBM-PC使用的8088,是英特爾在1979年推出的。

1982年2月,英特爾搞出了和8088完全兼容的第二代PC處理器80286,用在IBM PC/AT上。

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8088/80286芯片,都是16位處理器,當(dāng)時(shí)在技術(shù)上并不算領(lǐng)先。1979年,摩托羅拉就已經(jīng)率先推出了32位的處理器——MC68000,領(lǐng)先英特爾至少半代。

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MC68000

蘋(píng)果公司的Apple Lisa與Macintosh(麥金塔,1984年1月發(fā)布,是首個(gè)采用了圖形界面操作系統(tǒng)的個(gè)人電腦),用的就是MC68000。

直到1985年7月,英特爾公司終于推出了自己姍姍來(lái)遲的32位處理器——80386。

這款處理器迎合了兼容機(jī)的需求,獲得了巨大的成功。

值得一提的是,IBM公司早期比較強(qiáng)勢(shì),他們研發(fā)IBM-PC的時(shí)候,選擇了英特爾的芯片,就強(qiáng)制要求英特爾將設(shè)計(jì)和代碼開(kāi)放給AMD公司,讓AMD成為第二供應(yīng)商。

后來(lái),兼容機(jī)越來(lái)越多,都采用了英特爾的芯片,變成了英特爾掌握話語(yǔ)權(quán)。于是,從80386開(kāi)始,英特爾就不再開(kāi)放任何資料給AMD。

1987年,AMD以違約為由,一紙?jiān)V訟將英特爾告上了法庭,英特爾隨即反訴。兩者的壟斷和侵權(quán)官司,陸陸續(xù)續(xù)打了8年。

雖然最后AMD打贏了官司,但錯(cuò)過(guò)了CPU發(fā)展的黃金時(shí)期,也被英特爾甩開(kāi)了差距。

80年代中期,日本半導(dǎo)體的崛起,也給英特爾等美國(guó)公司帶來(lái)了極大威脅。

后來(lái),傳奇CEO安迪·格魯夫(Andy Grove)掌舵英特爾,砍掉了存儲(chǔ)半導(dǎo)體業(yè)務(wù),聚焦微處理器業(yè)務(wù),才把英特爾給救了回來(lái)。

安迪·格魯夫

1989年,英特爾推出了80486處理器,獲得了市場(chǎng)的歡迎。

憑借80486的出色表現(xiàn),英特爾的業(yè)績(jī)超過(guò)了所有的日本半導(dǎo)體公司,成為世界第一的半導(dǎo)體生產(chǎn)商。

再來(lái)看看微軟。

IBM-PC火了以后,微軟的DOS就跟著出名了。然后,微軟就不斷更新,出了很多新版本。

蘋(píng)果的Macintosh推出圖形界面操作系統(tǒng)后,給了比爾蓋茨很大震撼。于是,就進(jìn)行了“參考”,于1985年11月推出了Windows 1.0。

早期的Windows只是DOS的“外殼”,中看不中用,所以備受用戶吐槽。于是,微軟就開(kāi)始了全新內(nèi)核的開(kāi)發(fā),也就是后來(lái)的Windows NT。

微軟其實(shí)還和IBM一起搞了一個(gè)OS/2操作系統(tǒng),結(jié)果后來(lái)擺了IBM一道,放棄了。

80年代,因?yàn)镻C兼容機(jī)的普及,造就了一個(gè)巨大的IT市場(chǎng)。很多新公司成立,也有很多新產(chǎn)品推出。

例如,1982年9月,3Com公司推出了世界上第一款網(wǎng)卡。1984年,英國(guó)AdlibAudio公司推出了第一款聲卡——魔奇聲卡。1985年,Philips和Sony合作推出CD-ROM驅(qū)動(dòng)器?!?/span>

這些硬件擴(kuò)展產(chǎn)品,讓PC變得更加強(qiáng)大,也給用戶帶來(lái)了更好的體驗(yàn)。

進(jìn)入90年代后,英特爾和微軟已經(jīng)成為真正的巨頭,市值均超過(guò)千億美元。

1993年,英特爾公司推出劃時(shí)代的奔騰(Pentium)處理器。

Pen就是5,tium是元素的結(jié)尾

奔騰一代其實(shí)就是586。格魯夫認(rèn)為,公司應(yīng)給這一新款CPU注冊(cè)新商標(biāo),以保護(hù)公司對(duì)它的壟斷。所以,586就改名成了“奔騰(Pentium)”。

但是,在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界,大家仍然習(xí)慣性地把英特爾的處理器稱(chēng)為x86系列。

1993年,微軟發(fā)布了Windows NT。1995年和1998年,又先后發(fā)布了Windows 95和Windows 98。這些操作系統(tǒng),奠定了微軟在PC操作系統(tǒng)上的霸主地位。

英特爾的處理器和微軟的Windows操作系統(tǒng),在那時(shí)是所有PC的標(biāo)配。他們組成的Wintel聯(lián)盟,牢牢掌握著PC市場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。

服務(wù)器

PC是用戶終端側(cè)的算力。我們不要忘了,除了PC之外,我們還有工作站(性能比PC更強(qiáng)的一種微型計(jì)算機(jī))和服務(wù)器。

尤其是服務(wù)器,作為集中化的算力,在80-90年代,技術(shù)架構(gòu)和市場(chǎng)格局也有很大的變化。

微處理器出現(xiàn)之后,催生了PC這樣的小型化電腦。傳統(tǒng)大型機(jī)開(kāi)始逐漸衰退,超兩個(gè)方向演變:

第一個(gè)方向,是直接變成超級(jí)計(jì)算機(jī),專(zhuān)門(mén)進(jìn)行科學(xué)和軍事領(lǐng)域的高精尖計(jì)算。另一個(gè)方向,是變成小一點(diǎn)的服務(wù)器,專(zhuān)門(mén)為政府和企業(yè)提供服務(wù)。

服務(wù)器的形態(tài)也有多種,包括塔式、機(jī)架式、機(jī)柜式等。后來(lái),到了21世紀(jì),還出現(xiàn)了刀片式。

服務(wù)器的性能和穩(wěn)定性比PC更強(qiáng),功耗和體積比PC大,可以運(yùn)行更復(fù)雜和更重要的任務(wù),同時(shí)為更多的用戶提供算力服務(wù)。

20世紀(jì)80-90年代,在服務(wù)器處理器方面,行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。當(dāng)時(shí),主要分為兩個(gè)陣營(yíng)。

一個(gè),是以SUN、SGI、IBM、DEC、HP、摩托羅拉等廠商為代表的RISC-CPU陣營(yíng)。他們主張采用RISC-CPU架構(gòu)(RISC,簡(jiǎn)單指令計(jì)算機(jī))。

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另一個(gè),是以英特爾和AMD為代表的CISC-CPU陣營(yíng)。他們主張采用CISC-CPU架構(gòu)(CISC,復(fù)雜指令計(jì)算機(jī))。

雖然RISC速度更快,當(dāng)時(shí)更被行業(yè)看好,但安迪·格魯夫領(lǐng)導(dǎo)下的英特爾,依然堅(jiān)持以CISC-CPU作為自己的主要方向。

最終,英特爾憑借巨大的研發(fā)投入,還有兼容性和量產(chǎn)速度上的優(yōu)勢(shì),戰(zhàn)勝了其它對(duì)手,成功鞏固了自己的地位。SUN、HP和IBM等廠商,也紛紛放棄了自己的CPU架構(gòu),轉(zhuǎn)投x86架構(gòu)的懷抱。

在服務(wù)器操作系統(tǒng)這邊,競(jìng)爭(zhēng)同樣非常激烈。

微軟的Windows視窗系統(tǒng)外觀非常漂亮,圖形化的界面,很適合普通用戶進(jìn)行操作。但是,在服務(wù)器這種強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性的領(lǐng)域,圖形化所引入的問(wèn)題,就變成了累贅。

也就是說(shuō),命令行式的操作系統(tǒng),反而是服務(wù)器所需要的。

前面我們提到貝爾實(shí)驗(yàn)室推出了UNIX系統(tǒng)。后來(lái),很多公司都推出了自己的Unix系統(tǒng)分支。

比較有名的,是Sun公司的Solaris、IBM公司的AIX、惠普公司的HP-UX,以及由BSD版本發(fā)展起來(lái)的FreeBSD。這些系統(tǒng),占據(jù)了服務(wù)器操作系統(tǒng)的巨大部分份額。

Unix開(kāi)始收費(fèi)和商業(yè)閉源之后,行業(yè)里的一些愛(ài)好者開(kāi)始推出它的替代。

1991年,正在芬蘭赫爾辛基大學(xué)求學(xué)的林納斯·托瓦茲(Linus Torvalds),成功編寫(xiě)出了Linux內(nèi)核(Linux kernel),開(kāi)啟了一個(gè)新的操作系統(tǒng)家族。Linux及其發(fā)行版(例如Ubuntu、Debian、Centos、Fedora、 Redhat Linux),成為服務(wù)器操作系統(tǒng)的主流選擇。

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Windows雖然也推出了Windows NT,但因?yàn)榉€(wěn)定性上不如Unix/Linux,所以市場(chǎng)份額并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

Chrent1990-2000:互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代

信息化

20世紀(jì)90年代,處理器、內(nèi)存、硬盤(pán)等硬件技術(shù)的全面升級(jí),加上操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用軟件的大量涌現(xiàn),使得計(jì)算機(jī)的能力變得越來(lái)越強(qiáng)大。

如果說(shuō),80年代的PC,對(duì)用戶來(lái)說(shuō)只是嘗鮮。那么,90年代的PC,已經(jīng)是真正的生產(chǎn)力工具了。


人們不僅用PC來(lái)聽(tīng)音樂(lè)、看視頻、玩游戲,還用它來(lái)編輯文檔、建立表格、處理數(shù)據(jù)。除了家庭用戶之外,很多企業(yè)也開(kāi)始購(gòu)入PC,將它應(yīng)用于日常工作之中。

在PC的幫助下,人們充分感受到IT算力帶來(lái)的生活品質(zhì)改善,以及生產(chǎn)效率提升。

整個(gè)人類(lèi)社會(huì)的信息化進(jìn)程,開(kāi)始加速。

互聯(lián)網(wǎng)

給信息化又添了一把火的,當(dāng)然是互聯(lián)網(wǎng)。

70年代以太網(wǎng)和TCP/IP等技術(shù)的出現(xiàn),為網(wǎng)絡(luò)的普及奠定了基礎(chǔ)。很多單位,都開(kāi)始建設(shè)自己的局域網(wǎng)絡(luò)。

局域網(wǎng)之間,也開(kāi)始互聯(lián),組成更廣域的網(wǎng)絡(luò)。80年代,網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不斷膨脹,最終,覆蓋全球的互聯(lián)網(wǎng)(Internet)正式誕生了。

1991年8月6日,英國(guó)物理學(xué)家蒂姆·伯納斯·李(Tim Berners-Lee),正式提出了World Wide Web,也就是如今我們非常熟悉的www萬(wàn)維網(wǎng)。

蒂姆·伯納斯·李

他還提出了HTTP(超文本傳送協(xié)議)和HTML(超文本標(biāo)記語(yǔ)言),設(shè)計(jì)了第一個(gè)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器,并建立了世界上第一個(gè)web網(wǎng)站。

互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),更是給人們打開(kāi)了新世界的大門(mén)?;ヂ?lián)網(wǎng)就是一個(gè)擁有無(wú)限資源的寶庫(kù),各種各樣的網(wǎng)站、論壇,令人眼花繚亂。強(qiáng)大的即時(shí)通訊工具,也滿足了人們的通信和社交需求。

互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)超出了技術(shù)的范疇。它構(gòu)建一個(gè)線上的虛擬世界,衍生出很多新的商業(yè)模式,徹底改變了人類(lèi)社會(huì)。

互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展,催生了很多的互聯(lián)網(wǎng)公司。

這些公司購(gòu)買(mǎi)了大量的服務(wù)器,建設(shè)了機(jī)房,為用戶提供服務(wù)。例如郵箱服務(wù)、音視頻下載服務(wù)、網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)服務(wù)等。

所有這些服務(wù),其實(shí)也就是算力服務(wù)。

云計(jì)算

互聯(lián)網(wǎng)崛起之后,用戶的急劇增長(zhǎng),以及業(yè)務(wù)的潮汐化特點(diǎn)(有時(shí)候人多,有時(shí)候人少),給服務(wù)商帶來(lái)了很大的壓力。

如何以更低的成本,更靈活地滿足用戶需求,成為眾多企業(yè)思考的難題。

90年代中期,就有人提出了“云計(jì)算”的設(shè)想。

1996年,康柏公司的一群技術(shù)主管在討論計(jì)算業(yè)務(wù)的發(fā)展時(shí),首次使用了Cloud Computing這個(gè)詞。他們認(rèn)為,商業(yè)計(jì)算會(huì)向Cloud Computing的方向轉(zhuǎn)移。

進(jìn)入21世紀(jì)后,設(shè)想逐漸成為了現(xiàn)實(shí)。

2006年,互聯(lián)網(wǎng)電商亞馬遜(Amazon)率先推出了兩款重磅產(chǎn)品,分別是S3(Simple Storage Service,簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù))和EC2(Elastic Cloud Computer,彈性云計(jì)算),從而奠定了自家云計(jì)算服務(wù)的基石。

另一家在云計(jì)算上有所行動(dòng)的公司,是谷歌(Google)。

這家誕生于1998年的年輕公司,在2003~2006年期間,連續(xù)發(fā)表了四篇重磅文章,分別關(guān)于分布式文件系統(tǒng)(GFS)、并行計(jì)算(MapReduce)、數(shù)據(jù)管理(Big Table)和分布式資源管理(Chubby)。

這些文章不僅奠定了谷歌自家的云計(jì)算服務(wù)基礎(chǔ),也為全世界云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的發(fā)展指明了方向。

2006年,谷歌工程師克里斯托夫·比希利亞第一次向董事長(zhǎng)兼CEO埃里克·施密特(Eric Schmidt)提出了“云端計(jì)算”的想法。

8月9日,施密特在搜索引擎大會(huì)上,正式提出了“云計(jì)算(Cloud Computing)”。



很多人將云計(jì)算理解為一個(gè)超大號(hào)的“機(jī)房”。這其實(shí)并不準(zhǔn)確。

云計(jì)算的本質(zhì),是一個(gè)算力資源池。它把零散的物理算力資源變成靈活的虛擬算力資源,配合分布式架構(gòu),提供理論上無(wú)限的算力服務(wù)。

云計(jì)算出現(xiàn)之后,物理計(jì)算機(jī)變成虛擬計(jì)算機(jī)。云計(jì)算所提供的服務(wù),慢慢被籠統(tǒng)歸納為計(jì)算服務(wù),也就是算力服務(wù)。

算力這個(gè)概念,逐漸被公眾所接受。

ARM體系

90年代,2G移動(dòng)通信普及,讓很多用戶用上了手機(jī)。那時(shí)候,PDA掌上電腦等設(shè)備,也開(kāi)始流行。

這類(lèi)小型化移動(dòng)終端的功能比較簡(jiǎn)單,對(duì)芯片性能的要求不高,但是非常在意能耗。

這讓一家名叫ARM(Advanced RISC Machines)的公司找到了機(jī)會(huì)。他們高舉RISC的大旗,專(zhuān)門(mén)走低功耗、低成本的道路,剛好迎合了移動(dòng)終端的芯片需求。

前面提到,英特爾是搞CISC的,在服務(wù)器市場(chǎng)干掉了搞RISC的幾個(gè)大廠商。當(dāng)時(shí),他們根本看不上ARM,覺(jué)得RISC沒(méi)前途。結(jié)果,就錯(cuò)過(guò)了這個(gè)關(guān)鍵的市場(chǎng)機(jī)遇。

2008年,喬布斯的蘋(píng)果公司推出iPhone,將手機(jī)帶入智能時(shí)代。


手機(jī)、pad等移動(dòng)終端徹底爆發(fā)了,ARM公司和他的ARM架構(gòu)芯片也大受歡迎,成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的最大贏家。

如今,移動(dòng)終端已經(jīng)成為用戶的新寵。人們對(duì)手機(jī)等設(shè)備的依賴,也超過(guò)了PC。這意味著,在用戶側(cè),移動(dòng)終端芯片(ARM架構(gòu))的重要性和市場(chǎng)規(guī)模,超過(guò)了PC芯片。

在移動(dòng)終端芯片市場(chǎng)進(jìn)行搏殺的,主要是高通聯(lián)發(fā)科、三星、華為、紫光展銳等公司。手機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,手機(jī)芯片的新品發(fā)布,也是公眾日常關(guān)注的焦點(diǎn)。

手機(jī)芯片

說(shuō)到PC芯片。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),PC芯片仍以x86架構(gòu)為主。英特爾和AMD,不斷發(fā)布新的產(chǎn)品,有來(lái)有往,打得不亦樂(lè)乎。

以前,英特爾總喜歡擠牙膏?,F(xiàn)在,對(duì)手時(shí)不時(shí)推出極具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品,英特爾也是疲于招架。

在服務(wù)器芯片上,英特爾的日子也不是很好過(guò)。

為了對(duì)抗壟斷,以ARM、RISC-V架構(gòu)為代表的非x86架構(gòu)強(qiáng)勢(shì)崛起,市場(chǎng)份額在不斷更加。算力廠商的多元化趨勢(shì),非常明顯。

智算時(shí)代

2010年之后,算力還發(fā)生了一個(gè)重要的變化,那就是算力需求的多元化。

隨著整個(gè)社會(huì)從信息化向數(shù)字化發(fā)展,越來(lái)越多的行業(yè)都在進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型,產(chǎn)生了對(duì)算力更為旺盛的需求。

這些需求分為不同類(lèi)型的場(chǎng)景,除了傳統(tǒng)通用計(jì)算之外,以人工智能計(jì)算為目的的智算,以及以高性能科學(xué)計(jì)算為目的的超算,開(kāi)始強(qiáng)勢(shì)崛起。尤其是智算,崛起的速度極快,對(duì)AI算力產(chǎn)生了非常大的需求。

傳統(tǒng)CPU的通用算力,無(wú)法很好地應(yīng)對(duì)智算和超算需求。于是,以GPU、AI芯片為代表的新型算力,開(kāi)始成為熱門(mén)。像英偉達(dá)這樣的“顯卡廠商”,如今市值竟然是英特爾的7倍以上。

關(guān)于這一塊的內(nèi)容,我在另一篇文章(到底什么是算力?)有詳細(xì)的介紹。這里就不再贅述了。

除了算力類(lèi)別的細(xì)化之外,算力的服務(wù)架構(gòu)也有演變。

5G以及光通信的發(fā)展,構(gòu)建了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò),給算力的“流動(dòng)”創(chuàng)造了條件。

如今,算力不再只待在云端,而是可以下沉到邊緣,產(chǎn)生了“云計(jì)算-邊(邊緣計(jì)算)-端計(jì)算”的三層架構(gòu)。

運(yùn)營(yíng)商還提出了算力網(wǎng)絡(luò),想要實(shí)現(xiàn)算力的全面泛在化。這也在剛才那篇文章中有所提及。

Chrent結(jié)語(yǔ)

人類(lèi)的算力發(fā)展歷程,堪稱(chēng)一部波瀾壯闊的科技史詩(shī)。

從人工計(jì)算到機(jī)械計(jì)算,再到電子計(jì)算,經(jīng)過(guò)了數(shù)千年的漫長(zhǎng)摸索。

電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),是一個(gè)重要的里程碑。在那之后,人類(lèi)進(jìn)入了信息時(shí)代,算力的性能和規(guī)模以前所未有的速度增長(zhǎng),并最終將我們引入了數(shù)字時(shí)代和智能時(shí)代。

數(shù)字革命的浪潮,席卷了我們生活的每一個(gè)角落。整個(gè)人類(lèi)社會(huì),在算力的驅(qū)動(dòng)下,發(fā)生了翻天覆地的變革。

未來(lái),數(shù)字化和智能化還將繼續(xù)向前推進(jìn)。我們對(duì)算力的需求,還在瘋狂增長(zhǎng)。

在摩爾定律逐漸走向瓶頸的前提下,我們?cè)撊绾螌?shí)現(xiàn)算力的倍增?以量子計(jì)算為代表的新型算力,是否會(huì)全面崛起?

就讓時(shí)間來(lái)告訴我們答案吧!

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