“芯”西游記

超過70個研究項目展示

6月11日上午，2008年度的Intel研究日活動在位于Mountain view(山景市)的計算機歷史博物館舉行，在現場展示了超過70項前瞻性實驗室研究項目，涉及環境、醫療、可視計算、無線等領域。目前，Intel在研究領域的投資每年高達60億美元，此次展示的內容就是其中的部分研究成果。

在Intel研究日開場活動中Intel公司首席技術官、高級院士賈斯汀介紹了當今的研究投入如何影響未來5年后的新技術，以及如何重新定義人機交互方式。

賈斯汀還透露：“Intel研究人員一直與其他技術公司、利，學家、大學和政府機構密切合作，將在未來5年內推出一系列革命性的新技術。今天所展示的研究項目，以及我們在過去10年間大量的研發投資，將加速科學發現、改進醫療技術、改善環境、推動可視計算，并讓廣大用戶能夠隨時隨地使用各種設備獲得豐富的無線互聯網體驗。”

可視計算：多核將為計算機帶來革命性的變化

隨著未來Intel芯片從幾個核擴展到很多核，可以同時處理多個計算機請求的并行計算將成為主流。屆時，可視計算的功能將得到爆炸式的擴展，包括栩栩如生的三維立體環境、對視頻輸入進行即時、逼真分析，以及更自然的人機交互方式等。

Intel與東軟合作展示了一項用攝像頭充當眼睛、多核處理器計算機用作大腦的未來汽車應用。未來的汽車將能更加準確地識別距離過近的其他車輛和行人，并向司機發出警示或采取安全措施避免意外的發生。

此類可視計算需要更強大的計算能力，同時也帶來了并行(多項同步的處理器請求)編程的挑戰。該汽車展示利用了Intel的Ct編程研究，即一種Intel實驗室創造的C/C++語言擴展，使得項目可以實現從2核到8核的無縫擴展，從而在不需要編寫額外軟件編碼或編譯器的情況下完成意外事故預防工作。

技術改善環境

Intel正在以各種方式大幅提升Intel產品和系統的能效，致力于在繼續提高計算機性能的同時大幅降低能耗。Intel研究人員正在探索的一種新型電源管理技術將重新定義未來基于Intel的計算機表現和電源管理需求。

這些被統稱作“平臺電源管理”的技術可以持續監控計算機運行中的變化，智能地自動關閉未使用的系統組件，例如無線設備或USB端口。研究初步顯示該技術可以將系統閑置或部分活躍剛的能耗降低30％以上。Intel研究人員預計在未來數年內該技術還將進一步將計算機能耗降低50％，不論計算機是否處于閑置或高度活躍狀態。從移動互聯網設備(MID)到高性能服務器等全系列Intel產品將得益于平臺電源管理技術。

新技術提高人類醫療水平

在近10年間，Intel一直專注于以人為本的研究，并促進了一系列創新技術的產生，以改善居家患有慢性疾病老人們的護理。在此研究的個性化技術可以幫助解決患有慢性疾病老人們不斷上升的醫療成本問題，而且還能讓人們更主動地參與到自我健康的管理中來。

Intel致力于多學科研究的例證之一就是獨立生活技術研究中心(TRIL)，這是由Intel公司和愛爾蘭政府共同出資建立的全新合作研究，探索能夠幫助各年齡層人群實現獨立生活的技術。該研究中心最近的一項創新是BioMOBIUS，利用這一低成本的研究計算平臺，即使專業知識有限的用戶也可以便捷地量身定制研究工具。

Intel還展示了另一項研究推動的解決方案，即一種步態分析系統。這種步態分析系統可以幫助發現人們步態中的關鍵因素(人用雙腳走路的身體運動姿勢或頻率)，并判斷其跌倒風險的大小。雖然仍處于研究階段，此類技術將幫助提高老年人的生活質量，并且減輕國家醫療系統的負擔。

速度更快、設備更小巧的無線世界

隨著Intel處理器與移動設備尺寸的不斷縮小，人們越米越需要性能和互聯網體驗可媲美大型筆記本電腦或臺式機的移動設備。Intel的研究人員目前正在探索相關技術，讓小型移動互聯網設備(MID)能夠感知并與周圍環境實現交互，而同時不會影響消費者的用戶體驗或增加設備的尺寸。

舉例來說，由于物理輸入／輸出信道的限制，語音接口特別適合小型移動設備。Intel研究人員展示的語音接口可以實現兩個移動設備與無線顯示器之間的互連，以實現資源與服務共享，比如，消費者可以通過自然的語音口令讓移動設備中孩子們最新的照片在大屏幕電視上顯示，這樣孩子們的祖父母也可以輕松地觀賞。

參觀計算機歷史博物館

世界上最早的計算工具是什么?在兩千多年之前的春秋戰國時期，中國就已經發明了算籌。不過大家更加熟悉、更加認可的計算工具，則是算盤。在博物館進門右手邊的第一件展品，就是一個來自中東的算盤。在文字的介紹中，則指出早在公元1200年，中國就發明了類似結構的算盤。

而在歐美，近代主要的計算設備是各種不同功能的計算尺，以及三角函數數值手冊。隨后，加法機和穿孔式卡片計算機也開始出現，這些都是現代計算機的原型和前身，一些最基礎的計算操作都借鑒了這些原始的計算工具。

在二十世紀四十年代，IBM的創始人老托馬斯·沃森提出了“Think”的標志，“Think”代表著公司的一種獨立創新的精神，這一“Think”標志被翻譯成了各種不同的語言，并在全球各地使用。

在二十世紀七八十年代，學童時代的我們更多地接觸到了一種叫做計算器的工具，它可以進行各種數學運算，一些功能齊全的產品甚至允許你編制簡單的程序，筆者在中學時最樂此不疲的玩具就是一臺卡西歐的可編程計算器，并在數百個字符之內編制出了一個類似于賭大小的簡單游戲。看到這密密麻麻的計算器展臺，不禁讓人感嘆歲月流逝之迅速。電腦就是這樣催人老。

計算機歷史博物館已經收集了2萬件物品，2萬張照片，5000部電影和錄像，1.2億頁文獻。在匆忙當中，我們并沒有太多時間去細細品味這些計算機的歷史，聆聽詳細的講解，以及觀看更多的圖文視頻資料，但相信我們現在所經歷的、所見到的電腦及周邊產品，在多年之后也將會成為歷史的一部分，一些較老的電腦用戶，現在就已經能夠向我們講述286甚至8086時代的故事了。如果你的家中還存有軟驅、ISA接口的擴展卡、CRT顯示器，很快你也將有機會向新生代講述那古老的故事。

從1946年2月14日世界上第一計算機ENIAC誕生算起，現代計算機的歷史其實僅有60年出頭而已，你幾乎能夠見證全部。

回顧40年：參觀Intel博物館

在美國加州圣克拉拉市、Intel總部以創始人之一Robert Noyce(羅伯特·諾伊斯)命名的主樓內，坐落著一個包含了Intel四十年歷史的博物館，你可以從這個面積約300平方米的展區內，見證Intel每一個不同時代的人物、產品和技術。同時這座大樓還是Intel核心辦公區域，Intel的首席執行官保羅，歐德寧就在這座辦公樓內工作。

首先我們看到的是Intel公司創始初期，公司最早的100位員工的合影照片。這些員工中不少人的名字是我們耳熟能詳的，他們在這幾十年間所開發出的產品和技術，對整個IT產品的發展帶來了強烈的影響，起到了巨大的推動作用。在這張巨幅照片上，印刻著一句Intel共同創始人之一Robert Noyce的名言：“Don't be encumbered by history”。當然，這句話的下半部分并沒有出現在這張照片上：“Go off and do something wonderful(放手而為創絢爛)”。對于一個已經取得了輝煌成就的人或者公司來說，能夠持續地保持自己的創造力、生命力和判斷力，必須具備超乎尋常的思維方式，過于輝煌的成就一不小心就會成為包袱，成為發展的阻力，成為前進的絆腳石。

Intel中國執行董事戈峻在今年6月3日發表的一篇博文中講到：“Robert Noyce的這句話完全可以用來概括Intel 40年來的創新歷程，對Intel來說，過去的40年是不斷挑戰極限、超越極限的40年。從1971年的‘4004’到最新的、基于45nm制程的酷睿2多核處理器，從單核時代到多核時代，從‘運算速度’主導到‘能效比’主導——由Intel參與制造的PC和互聯網風暴幾乎改變了每一個人的工作和生活，且推動著整個產業持續向前發展。”

4004、8008、8086、80286\\386\\486、Pentium、Pentium Pro、PentiumⅡ、Celeron、Pentium Ⅲ、Pentium 4、Pentium D、Pentium-M、Core 2 Duo、Core 2 Quad、Xeon、Itanium……這些處理器品牌和型號相信每一位熟悉電腦歷史的老用戶都會終身難忘。每一款處理器，都陪伴了我們數年的時間，并引發我們對于性能的評論與期待。而現如今，按照Tick Tock節奏如時鐘滴答般不停走動的Intel處理器微架構，以及按照已經43周歲的摩爾定律不停向前增長的晶體管數目，在未來又將會給我們帶來難以想象的發展空間和可能性。

賈斯汀：研究的道路是漫長而曲折的

有許多現在看來很成熟、很平常的產品，在背后Intel可能已經進行了超過5年甚至近10年的探索和反復嘗試。Intel有一個TSLRP的創新研究機制，每一位員工都可以提出自己的設想，但經過輪番的拷問，最終能獲批進行的TSLRP項目數量，不足每年提案的1％。TSLRP評判的標準比較寬泛，最重要的標準之一，是該想法能為公司帶來整體的影響，而不僅僅是影響到一個部門；其次，該想法必須具備足夠的突破性，如果是在已有的路徑上對已有的技術上提出變革，則會轉入其他創新機制。

一個產品、一項技術是如何開發出來的?一個好的想法是否能夠成為好的產品?那些夭折的想法都到哪里去了?這些想法為什么最終失敗了?面對Intel公司首席技術官賈斯汀先生，這些問題都是我們迫切想知道的。

賈斯汀介紹到：“一個研究項目的設立和運行是分為多個層面的，在研究部門和產品部門之間，通常是市場人員對市場人員，研究人員與開發人員對口進行溝通，此外還可能會直接與客戶進行溝通。”賈斯汀為我們舉了個例子——蘋果的MacBook Air。蘋果提出了一個非常明確的目標：將筆記本電腦做得又輕又小又薄，超過現有的一切產品。根據原來Intel的移動處理器規格，這樣的產品原本是無法實現的，但通過與蘋果公司開發人員的溝通，我們最終拿出了小型封裝的處理器，并使得這一超輕超薄的筆記本電腦達成日標。“我們最終希望通過各種不同的渠道來了解一項研究的價值，不僅僅是通過自己的研究和市場部門，而且也希望通過客戶。”

并不是所有的想法都變成r最終的產品，不僅僅是對于Intel來說，相信列于所有的研發工作來說都是這樣。賈斯汀說到：“有許多想法剛開始聽起來很不錯，但經過進一步的分析論證，我們發現它并不可行，或者價值不大。當然，這些被放棄的想法你們可能從未聽說過。”

至此，筆者追問到：“根據您上午向我們介紹的資料，一個產品可能在5～8年前就已經開始著手研究，可以說這種研究方向是基于對未來趨勢的判斷。但是，這些判斷并不總是正確的，那些被放棄、被否決掉的想法和項目，能否列舉幾個例子?這些項目被放棄的原因是什么?”

賈斯汀向我們舉了個例子：第一個是不久前剛剛發布的Atom(凌動)處理器，這是現如今市場上低于3W功耗領域性能最強大的處理器，但這一處理器的開發，卻走了頗長的彎路。早在1999年，Intel的Microprocessor Research Lab(簡稱MRL)就開始考慮一種基于簡化的P6微架構、具備極低的功耗并保證IA架構的兼容性和足夠高性能的處理器，最開始的想法是通過降低處理器的電壓，來實現超低的功耗和超小的體積。不過，這條路最終沒有走通，這一項目也就處于擱淺狀態。

但是在2002年，面對競爭對手(例如Transmeta)超低功耗產品的推出，Intel開始重新考慮這一超低功耗處理器的研究項目，隨后，MRL的成員開發出了代號為“Snocone”的微處理器架構，從而使超低功耗的實現成為可能。到了2004年，這一項目開始正式進入商業化階段，相關的生產部門開始投入這一低功耗的IA架構處理器的實驗、試產，最終在2008年4月2日的中國上海IDF大會上正式發布，并命名為“Atom(凌動)”。

第二個例子是有關無線WiMAX，最初2003年IDF大會上Intel公司高級副總裁兼數字企業事業部總經理帕特·基辛格提出要建設無處不在的WiMAX無線網絡，Intel要將所有的無線技術標準都集中在一個芯片中，實現無線局域網與無線廣域網、電信網的整合與無縫連接，但最終Intel發現將這些不同技術規格的芯片整合在一起的代價太高昂，不僅體積難以做到理想，功耗、發熱量更是難以接受，最終到了2005年和2006年，Intel開始做出改變，在不同的平臺、不同應用模式的產品中整合不同的無線模塊。

最后，賈斯汀總結道：“每一個開發者都希望得突破性的進展，但這卻不是現實生活中時常發生的，我們必須不斷嘗試、不斷論證一個設想是否可行，并且如果這個設想不可行，我們要盡早發現這一點，否則當花了幾百萬甚至數億美元之后才發現，損失就太大了。從某種角度來說，并沒有什么失敗的設想和項目，我們至少知道了這條路不通，今后不會再浪費時間和金錢走下去，這本身就是一種成果和收獲，這就是研究的價值。”

賈斯汀的這番回答，讓筆者有了很深刻的感悟：

失敗的價值

并非失敗的項目就沒有價值，失敗本身就是研究的一部分，只去關心是否有成功的研究成果，只列成功與失敗的比例感興趣并不是正確的態度。越早發現此路不通，就能夠為公司節約更多的錢。研究的過程比結果更重要。

不同的時間點，有時候決定了是否可為

回過頭來分析Atom處理器的研究歷程，在1999年那個時間點，處理器的性能往往是一臺電腦的瓶頸，主頻、外頻、緩存容量的一點點增加，都能夠引起整機性能線性的提升，換句話說，如果我們需要降低處理器的功耗，顯然會帶來性能上的犧牲，而在當時處理器性能并無多少余地可供犧牲，降低50％的性能完全是不可接受的結果。而在現在看來，酷睿架構的處理器應付現在的主流應用已經綽綽有余，許多時候我們都在考慮如何充分發揮處理器的性能，挖掘架構、多核心、多線程、新指令集的潛力，讓處理器能夠變得真正繁忙起來，于是在這種環境下，我們可以接受性能方面的較大犧牲，來換取功耗方面的巨大突破，如果一個簡化功能、較低性能的處理器也能夠輕松應對那些不算復雜的辦公和網絡應用，那何樂而不為?

Intel核心實驗室參觀

在今年春天的上海IDF大會上，Intel已經向外界展示過一種萬億級研究用原型芯片，即在一枚測試芯片上連接80個簡單內核。這一次，我們有機會走進80核處理器的研究實驗室，近距離地接觸這一未來萬億級高性能處理器的原型。

這塊測試芯片是Intel的第一枚萬億級研究用原型芯片，它通過多塊面的方式開發出一種適合萬億級計算的設計方法，每一個塊面都包括一個微小的內核(或者是計算單元)和一個路由器。這些內核，含有一些能夠生成數據的簡單指令，而路由器則將每個塊面與相鄰塊面和3D堆疊式內存(將在未來引入)連接起來。該原型芯片是一個8×10陣列的片上互連結構，由80個塊面組成。這個萬億級研究用原型芯片的關鍵技術是Mesh網絡互連和3D堆疊式內存。

ASCI Red是第一臺在性能指標評測上達到萬億次浮點運算水平的計算機(1996年)。該系統采用了4510枚運行頻率為200 MHz的Pentium Pro處理器。這個萬億級研究用原型芯片的計算單元能夠產生高達萬億次浮點運算的數據流量。要把萬億級計算實現在個人電腦和服務器上，就要求使用一種全新的方式來制造處理器。

硅光子實驗室主要研究的是既能發光也能傳導光的芯片，這種基于硅片的激光技術可使光子學更廣泛地應用于計算機中，因為采用大規模硅基制造技術能夠大幅度降低成本。

“這一技術使未來的計算機內部可采用低成本、萬億比特(TB)量級的光學‘數據通路’，并使高性能計算應用迎來新時代，”Intel公司光子學技術實驗室總監馬里奧·潘尼西亞(Mario Paniccia)指出。“盡管離商品化仍有很長距離，但我們相信數十個、甚至數百個混合硅激光器會和其它硅光子學部件一起，被集成到單一硅基芯片上去。”

結束語：

有關芯片，有關研究，我們的西游記取回了不少“真經”。一項研究能夠真正變為一個產品、一個成熟的商品，是一件極其復雜、極其漫長的工作。許多最基礎的研究工作，或許在現在看起來并沒有什么明確的用途或者商業化的潛力，但如果你不做這些工作，就無法去判斷哪些可行，哪些不可行，從而可能會在錯誤的道路上摸索撞墻。半導體芯片、處理器這個產業，從當初諾貝爾獎獲獎者肖克利實驗室中8個年輕人開始，到后來的仙童半導體公司，再到后來的Intel、AMD和美國國家半導體的一路發展，雖然公司變了，但對于最前沿科技領域的基礎研究工作(鍺、硅的半導體特性、點接觸、面接觸式晶體管、集成電路等等)卻是他們成功的必要因素，這些基礎研究也造就了硅谷，造就了整個IT產業。

40年之間，以Intel為代表的處理器芯片公司已經將我們的生活徹底改變。現在，有關未來5年、10年甚至更長的未來前瞻研究正在進行。“如我們無法預測未來生活將會怎么樣，那么就按照我們的理想去創造一個。”Intel公司首席技術官、高級院士賈斯汀如是說。