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放开思路,重振计算科学技术 (180112)
热度 3 ymin 2018-1-12 08:45
放开思路,重振计算科学技术 (180112 ) 闵应骅 据 IEEESpectrum2018/01 月号的新闻报道,去年 11 月, IEEE 举办了重振计算科学技术会议 (IEEE Rebooting Computing Conference) 。在这个会议上,一些奇特的思路被提了出来。 人们很难想像,一台如图所示的大型计算机,那么多机柜。而里面却是集成度极高的大量纳米级的芯片。它们之间的连线却是又多又粗的。下面那张图所示的是一个技术人员在田纳西的橡树岭国家实验室里安装超级计算机的内部数据网络。多么明显的反差! 由于摩尔定律失效,半导体技术不可能像以前一样那么高速发展,计算科学技术的发展遇到了困难。下一步该怎么走是摆在计算机人面前的严峻的问题。有些人闭着双眼还在高呼摩尔定律还活着;有些人忘了自己是搞计算机的,环顾左右而言它。当然,人工智能、量子计算会发挥作用;可逆计算、神经形态芯片是对经典的出色的变异。一些不甚熟悉的概念也暴露在阳光下,譬如可以加速人工智能的光子芯片,纳米机械的梳形逻辑,和多维的语音识别系统。我一直期待一位像图灵、亨 . 诺依曼那样的大科学家来重新定义计算,现在也看不到迹象。下面是该新闻列出的四个比较奇特而似有前途的想法。我想中国科学家也不能放弃在这个问题上的探索,那将是真正的原始创新。 1. 冷量子神经元 人脑有极高的能量有效性。人脑的一个神经元的一个电压毛刺只消耗10fj(fj是指千万亿分之一焦耳,即10负15次方焦耳)。美国国家标准和技术研究所(NIST)的Michael L. Schneider和他的团队认为,如果用两种类型的约瑟夫森结的人工神经元他们可以做到接近那样的水平。我记得,1970年代,IBM Watson研究中心好像做过一个约瑟夫森计算机,不过发表一篇文章就没下文了。 NIST 科学家想到一个办法把这些设备连成一个神经网络。在模拟中,他们训练该网络去认识三个字母z,v,和n。如果不算制冷到4开氏度所需的能量,认一个字母只要2 fj,实际比这还要小。如果某些工程问题能解决的话,你可以构建一个神经网络,像人类神经元一样省能量。 2. 用线做计算 晶体管之间的连线现在已经更紧密地封装在一起,这会引起串扰,一条线上的信号会通过寄生电容进到邻线上去。过去的研究都是如何防止串扰,使之不会破坏系统的正常工作。密苏里大学堪萨斯城分校的Naveen Kumar Macha和他的团队已经利用了这一点。过去我们都是要防止串扰,在今天的逻辑电路中,干扰信号传播出毛刺,Mache说他们要用它参与逻辑。我们在做布尔过程论的研究时,已经发现:逻辑电路中的毛刺大量存在,可能是串扰引起,也可能是门延迟的不均衡引起,它所消耗的能量占到电路能量消耗的1/3。 Macha 他们发现,适当安排连线可以出现类似的逻辑行为。譬如三根平行线,给旁边的一根或两根线一个电压,就会在中间那一根上引起一个串扰,这不就是一个或门吗?明智地增加一个晶体管,他们构建了与门、或门、异或门,以及一个有进位功能的电路。这四种电路都比相应的CMOS电路更少的晶体管和少得多的芯片面积。 3. 出击纳米小滴 英格兰的达拉谟大学的工程师们已经讲授纳米材料薄膜去解决经典问题。譬如在一个乳房X光照片上定位癌症。他们通过电极阵列将电压脉冲送到侵入液体晶体的碳纳米管的稀释混合体中,经过一段时间以后,碳纳米管,导体和半导体的混合体发生变化,被重新安排成一个电极的复杂网络。用遗传算法和一个用户电路板,该网络能够执行最优化问题的关键部分。这个纳米混合体还能解第二个比较简单一点的问题。 这些问题解决得好吗?在某些情况下,答案和人差不多,而在其他情况下要坏一些。应该清楚,我们是在训练一个碳纳米管混合体。 4. 硅电路板 计算机设计师都在探寻为什么芯片内数据移动这么容易,而芯片之间的移动慢得多,而且费劲。根据加州大学洛杉矶分校(UCLA)工程师们的看法,是因为芯片封装和印刷电路板的问题。它们都不是好的热导体,从而限制了允许消散的能量。它们也增加了数位在芯片间移动所需的能量和时间。为此,工业界已经看到这些问题,而且开始把多个芯片封装在一起。 PuneetGupta 和他的UCLA同行建议用一小块硅片代替印刷电路板。在这样一块“硅片碎料”上,未经封装的裸芯片可以紧缩在100微米以内,由与集成电路中同样的连线连接着,从而减少延迟、能量消耗和系统尺寸。 这个办法有利于打破昂贵的系统芯片(SOC)代之以便宜的芯片组(chiplets) ,让芯片组完成SOC上各种核的功能。另外,由于硅比印刷电路板在传导热量方面更好,你就可以更高速度运行处理器核。 该文形容这些想法wild,的确是大胆的。过去认为是有害的东西设法利用,参与计算。重振计算科学技术的问题之根本一个是元器件;一个是计算理论。元器件是基础,可惜搞计算机的人懂得元器件、材料的人比较少。而计算理论要雄厚的数学基础,搞计算机技术的人也比较欠缺。所以,重振计算科学技术需要多学科、各方面人才,大家放开思路,来搞原始创新。
个人分类: 计算机|11563 次阅读|13 个评论
专题讨论班:图论及其应用(六):随机图的计算技术简介
GrandFT 2012-7-24 09:31
题目:图论及其应用——随机图的计算技术简介 时间:2012年7月25日上午9:30 复杂网络的动力学过程是我们感兴趣的问题。目前,描述动力学过程的一种主要数学技术是主方程(master equation)。然而,描述复杂网络需要依靠随机图。我们之所以建立动力学过程也是希望描述随机图的演化。所以,有关随机图的数学技术——作为复杂网络的基础——是尤为重要的。 主要内容: 1. Generating function 2. Component size 3. Phase transition 其中涉及无向图,有向图,二部图以及一些例子。 参考文献:Random graphs with arbitrary degree distribution and their applications ( M. E. J. Newman, S. H. Strogatz, D. J. Watts)
个人分类: 专题讨论班|5184 次阅读|0 个评论
《计算智能及其应用》姚新等
ustcpress 2012-3-13 15:08
《计算智能及其应用》姚新等
丛书名:当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书——中国科学技术大学校友文库 (“十一五”国家重点图书出版规划项目) 出版日期:2009年6月 出版社:中国科学技术大学出版社 正文页码:324页(16开) 字数:260千 定价:68.00元 编辑邮箱: edit@ustc.edu.cn (欢迎来索要目录、样章的PDF) 当当网购书链接: http://product.dangdang.com/product.aspx?product_id=20669472 【 内容简介 】 本书阐述计算智能的理论和相关的应用。重点介绍了如下三个方面的内容:计算智能的前沿技术,可以用计算智能的方法来解决的前沿问题,计算智能的最新技术在相关领域的应用。 本书可作为信息科学技术领域高年级本科生和研究生的针对计算智能的入门教材,也可以供从事科研和技术开发的人员参考。 【 作者简介 】 姚新, 1978 年考入中国科大少年班, 1982 年获中国科大学士学位, 1985 年在北京华北计算技术研究所获硕士学位, 1990 年获中国科大理学博士学位。现为中国科大 “ 大师讲席 ” 教授、计算机系长江讲座教授、软件学院首席教授,英国 伯明翰大学 计算机学院首席( Chair )教授、副院长以及计算智能与应用研发中心( CERCIA )主任。在演化计算、机器学习等多个领域发表了 200 余篇高水平论文,并担任演化计算领域的权威期刊 IEEE Transactions on Evolutionary Computation 主编、七种国际杂志副主编。曾应邀在国际学术会议上作了近 60 场专题报告, 35 次担任国际学术会议主席, 2003 年获选为 IEEE Fellow 。姚新同时是中国科学院自动化研究所研究员和博导、中科院海外评审专家。
个人分类: 校友文库|4218 次阅读|0 个评论
宋轶文,姚远:计算技术经由期刊在晚清中国的传播
kexuechuanbo 2010-9-6 20:14
计算技术经由传教士期刊在晚清中国的传播 * 宋轶文,姚 远 (西北大学数学与科学史研究中心,陕西 西安 710069 ) 摘要:目的 旨在廓清晚清计算技术经由传教士期刊在中国的传播源流,为汉字文化圈数学演化史研究提供新的文献支撑。 方法 用排除法调查 1833 1900 年间出版的 5 种期刊,确认《六合丛谈》和《格致汇编》的代表性和唯一性,然后基于中西数学交融的背景进行原始期刊文献分析考证。 结果 1857 年 1 卷 2 期《六合丛谈》所发表的《新造算器》一文最早在期刊上将巴贝奇、许茨等人研制的差分机传入中国,并再传入日本。其使用线性差分法计算整数的乘方运算,并完全使用机械驱动,最终将结果印于纸上。 1876 年 1 卷 1 期《格致汇编》发表的《算器图说》一文最早在期刊上将西方机械计算机传入中国,并报道最早购买和使用者为天算家贾步纬和上海格致书院。 结论 《六合丛谈》和《格致汇编》最早传入欧洲计算技术,表明期刊逐渐取代书籍成为传播最新科技成果的主媒介;同时,欧洲最新计算器为晚清中国科学家和科学机构所用,表明中国的科学由纯粹的手工推算步入了机械计算的时代,同时计算机在天文观测计算等科学领域的首先使用也再次表明直到晚清,数学和天文历算等学科仍然是引领中西科学交融的前沿。 关键词 :《六合丛谈》( 1857 1858 );《格致汇编》( 1876 1892 );机械计算器;巴贝奇( Chares Babbage , 1792 1872 );许茨( George Scheutz , 1785 1873 );贾步纬( 1840 1903 ) The calculating technology was communicated via missionary journals in late Qing dynasty Abstract: Aim To find out the origin of calculating technology communicating via journals in late Qing Dynasty, provide literature support for the mathematics and evolution research in Chinese culture area. Methods Exclusive method was used to confirm the representative and uniqueness of Shanghai Serial and The Chinese Scientific Magazine through the investigation of 5 journals between 1833 and 1900. Based on the background of interflow between Chinese and western mathematics, the original document analysis research was used. Results The new computer in Shanghai Serial in 1857 first communicated the difference engine which was invented by Babbage and Scheutz in China, then in Japan. The difference engine calculated integral involution with linear method of finite difference, it was mechanical drive and printed the results on paper. The calculator illustration in The Chinese Scientific Magazine in 1876 first 发表于:第七届汉字文化圈及紧邻地区数学史与数学教育国际学术会议(2010-08-0610,内蒙古呼和浩特),已经投往国外 * 基金项目:国家社会科学基金资助资助项目( 07XXW004 );西北大学研究生创新教育交叉学科类立项基金资助项目( 09YJC33 ) 作者简介:宋轶文,男,山东淄博人,从事中国科学传播史研究。 通讯作者:姚 远,男,西北大学博士生导师,从事中国科学传播史研究。
个人分类: 弟子学位论文|3142 次阅读|0 个评论

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GMT+8, 2024-5-16 03:12

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