惠普的“造梦机器”:重新发明计算机

导读:惠普的“造梦机器”:重新发明计算机英文原文:Machine Dreams:To rescue its struggling business, Hewlett-Packard is making a long-shot bid to change the fundamentals of...

惠普的“造梦机器”:重新发明计算机

英文原文:Machine Dreams:To rescue its struggling business, Hewlett-Packard is making a long-shot bid to change the fundamentals of how computers work.

在硅谷中心地带的惠普总部有一处圣地,它位于惠普研究大楼的边缘,尽管闲置了几十年,两间相连房间里放置的中世纪旧家具仍然被小心翼翼保存着。在这些办公室里,威廉·休利特和戴维帕·卡德带领着惠普的工程师们发明了许多革新的产品,其中就有 1968 年上市的 40 磅重,打印机大小的程序化计算器。

在如今这个智能手机和云计算横行的时代,惠普的核心产品看起来在不久的将来就要过时了。这家公司的收入和利润在近几年有所下滑,使其陷入了危机。惠普的生意主要靠销售服务器、打印机和墨水所支撑,其 PC 和笔记本销售只贡献了不到五分之一的收入。但如今,需要服务器的商业公司们可以转投亚马逊等的怀抱,而这些云服务提供商可以从其他地方采购比惠普销售得便宜的服务器。消费者和公司们对打印机的依赖也在减轻,似乎也不打算投入太多在此之上。

1964 年威廉·休利特和戴维帕·卡德带

重新发明“机器”

自 2012 年以来,惠普砍掉了超过 40000 个岗位,并且在今年晚些时候,还将分拆成两家规模稍小的公司,这些交易将花掉大约 20 亿美元,但是类似的麻烦仍在继续。两家公司中的 HP Inc. 将销售打印机和 PC,而 Hewlett Packard 则主要给大公司提供服务器和信息技术服务。后面这家公司需要面对的是,其主要部门从 2012 年到 2014 年,年销售额下降比率达到6%。收入的下降更为明显,超过 20%。惠普最大的竞争对手 IBM,在去年因为类似的压力已把服务器部门卖给了联想。

在这场有关存亡的危机之中,惠普正在进行着一个有些风险的研究项目,以期能够卷土重来。惠普研究部门里四分之三的人都在参与这一个单独的项目:一款名为“Machine”的新型计算机。它将从根本上重新定义计算机的功能,让其更简单而又更强劲。如果成功的话,这个项目将史无前例地革新从服务器到智能手机的一切,当然也能拯救惠普。

惠普的首席技术官马丁·芬克表示,人们将能解决他们今天不能解决的问题。这款计算机可以让公司处理比现今更大且更复杂的数据,而且运算速度将快数百倍。在信息分析有重要应用的领域,如基因组医学,将带来革新,因为更快的基因测序机器可以产生大量新的数据。他还表示,Machine比现有计算机的耗电量要小,使得网络服务商的能耗开支能大幅减小。这种新的计算模型也将用于其他的小型设备,如计算机和手机,让其续航能够更加持久。

任何一家公司说要再发明计算机的基本设计,这听起来都有些让人吃惊,对于惠普而言尤甚。作为瘦身计划的一部分,惠普在 10 年前砍掉了许多研究职位,相比于 IBM,在研究和开发上花的钱也更少。惠普在 2014 年投入了 34 亿美元用于研究,与之相比的是 IBM 将 54 亿美元用于研究,而且后者有着一直开发新型计算机的传统。对于惠普,这个梦想如果要实现的话,惠普的工程师们需要用激光技术创造出大小合适的计算机芯片组,发明一种新的操作系统,和一款在之前从未用于计算机存储数据的电子设备。

当然,如果这能够实现的话,无疑是一个壮举。

新的蓝图

2010 年时,芬克还在管理着惠普的销售部门,主营高性能的企业服务器,并且当时他还有些偏执。彼时,顾客们蜂拥至创业公司,寻求应用于智能手机的快速、低能耗的闪存芯片存储。但是惠普在当时仍然只是销售已有缓慢的硬件存储技术。“在那时,我们的反应不够迅速,没有为未来考虑,让我感到很沮丧。”芬克这样说到。

为了能够争做领头羊,他考虑:为什么只是使用新型内存来更新数据存储设备,为什么不整个重新发明计算机呢?当时他知道在惠普以及其他一些地方研究人员在测试一种新的内存技术,比现在的闪存芯片要快很多。他和技术顾问画下了一副蓝图,使用这些新的技术来让计算机更加高效和强劲。

不过这个想法只是印在了一份内部报告上,直到两年后他被任命为惠普的首席技术官和惠普实验室的主管,他意识到事情出现了转机。当他看着实验室里的那些团队时,仿佛已经看到了想法实现的条件。特别地,惠普当时正在开发一款基于记忆电阻和闪存竞争的产品,在芬克看来,这就是可以用来实现他蓝图的高速存储设备。他更新了他之前的提议,并且为这个计划提了一个新名字:Machine。

这个计划试图更新自 1970 年代以来的计算机设计,其中之一就是保存有操作系统和各类文件的存储。计算机来回在不同硬件部分间传输信息,并且其存储由硬盘或者闪存芯片组成,可以在极小的间隙中存入大量数据,在没有电的时候,也能够保存数据下来。但是不管是硬盘还是闪存芯片读取和写入数据的速度相对于计算机的运算而言,都稍显缓慢。当计算机进行操作时,数据必须要拷贝到段时间的内存中,其速度要比前者快上 10000 倍,但是不能密集存储数据,而且在断电后数据也会被擦除。

这两种存储系统使得计算机必须要耗费大量的时间和能源来回传输数据,这就是为什么人们的笔记本不能立即加载的原因,因为操作系统必须从硬盘里读出来,然后加载到内存之中。另外一个例子就是手机为了让数据保存在 DRAM 中,也要消耗大量的能量。

对于普通人来说,这听上去并没有那么烦人,但对于那些需要使用计算机进行大量数值计算的人而言,这尤为重要。对于数据密集型产业的人来说,这种传统的构造大大限制了产业的发展。惠普估计,在数据分析软件中,有三分之一的代码都是在处理存储间的问题,而不是完成预定任务。这不仅减弱了运算能力,在存储设备和内存间传输数据也会消耗大量的能量,对于运行大组服务器的公司而言,这也是尤为关键的一点。像 Facebook 这样的公司就花费了数百万,用以减少计算机存储室的能耗。

Machine的设计是,通过消除存储和内存间的差异来解决这个问题。一块基于记忆电阻的大型存储既可以存储数据,也可以用于给处理器提供数据。将两者结合起来并不是什么新的创意,但是只是没有革新的技术让其成为现实。有很多公司开发替代现有计算机中闪存的设备,而惠普是唯一一个做出表示,他们的设备将大大改变计算机的公司。

为了让 Machine 如芬克所设想的那样工作,惠普要制造出新型芯片,开发出一款新的操作系统,以使用唯一的大型内存。芬克的蓝图中包含两个异于普通计算机的部分,一是借助光导纤维让光脉冲在处理器和内存间传递信息,这种做法相比金属线更加能耗更加高效。其二是像移动设备一样,使用一组高效的集合芯片来代替单独的处理器。除了处理器可以从英特尔那采购过来,其他的都得由惠普自己去创造。

主要任务

在过去几十年,还没有人彻底开发出一款全新的系统。在超过 40 年里,每一款“新”的操作系统几乎都是基于之前已有的模式改进而来。由于 Machine 有着独特的元件构造,因而惠普必须也要开发出全新的操作系统来。如果操作系统没有吸引力,那么 Machine 的技术革新也会变得无效。基于这个原因,惠普的研究团队现在开发出了两套操作系统。

    一套名为 Linux++ 的系统在广泛使用的 Linux 基础上开发而来,并将在今年夏天发布。虽然它不能将 Machine 的力量最大化,但是可以运行市面上已有的大部分 Linux 软件。

    另一套名为 Carbon 的开源系统,则可以将计算能力最大化,预计得在至少两年后才会发布。

为了测试新系统和设备的速度,他们进行了一组对比实验。他们用模拟的 Machine 和传统计算机在有 8000 万张照片的数据库中检索和分析最相似的五张。现今惠普最快的服务器完成这个任务需要 2 秒,而模拟的 Machine 只用了仅仅 50 毫秒。

当计算机用于处理海量的数据时,在相同能耗下更快完成类似的任务是一款计算机的重要优势。在基因测序领域,一台强有力的计算机需要花费数小时来提取元数据并完成测序,如果 Machine 可以减少这一步骤的时间,那么可以迅速地完成 DNA 的检查,将这一工作应用于实践之中。通过这一方面的工作,可以推进相关产业的发展。

冒险的生意

不管是用于代替闪存还是用于 Machine 的基础构造,使用记忆电阻都需要把它们集合入内存芯片中,并使用特殊的材料技术。但现在这种芯片还不存在,并且惠普是否能够为之所用还不清楚。芯片制造厂商 SK Hynix 已经开发出了一款比较可行的芯片用于惠普的单独测试,但还没有用于计算机中。

芬克等人表示,第一款原型芯片在明年的某个时刻可以完成。Hynix 的发言人称,还没有一个明确的时间线。而一些已经从事记忆电阻开发的科研人员则表示,如果在这一领域能有所突破,势必前景无限,但同时要有所突破,也需要太长的时间。

不过威廉等人对他们的产品抱有巨大的信心,“如果我知道有什么更好的东西开发出来了,那我会毫不犹豫地投入它的怀抱”。在工作的墙上,威廉放置着一个图表,总结了来自包括 IBM、三星等公司的竞争。这些公司和惠普有着相似的处境,一直有一些进步,但是他们产品的前途未知。但威廉认为,没有任何一家其他公司的产品能像记忆电阻一样,把速度、密度和能效结合在一起。虽然第一代产品仍然在开发中,他们的团队已经在为下一代产品铺路了,研究如何把更多的数据聚合在一起。

而在实验室的旁边,研究人员则在对压缩光学数据以及与计算机内部的其他元件通信进行研究。惠普的工程师们可以展示他们的成果:极细激光中的硅芯片,虽然只有人头发的四分之一粗细,但使用他们可以发出光导纤维所传输的脉冲。激光封装到小型芯片中,然后加载到 Machine 的电路板上,这样可以把内存和处理器连接起来。而现在的计算机,主要是使用金属导线,这是因为传统的光学连接技术太过冗余。芬克预计,这将是 Machine 开发中最后一个完成的元件。

当那一天真的来临之时,第一款完整版的 Machine 可以租给公司和大学远程使用,用于大规模的数据分析。此后,Machine 开发而来的服务器就将上市。此后可以使其用于其他小型设备上的开发,如笔记本,智能手机甚至是有线电视盒子。

如果一切顺利,当第一款 Machine 出世时也将是分拆的 Hewlett Packard公司成立五周年之际,但市场反响未必会很热烈,因为惠普的服务器生意已受到来自云服务商的冲击。要使用一款全新的运算技术需要大量的成本,就算是那些购买了服务器的公司,也更可能是通过升级网络和存储来提高运算效率。芬克则辩驳称,他们可以提供一些工具来帮助数据迁移过程。并且他认为随着升级传统计算机带来的收益减少,其他公司将更加乐于拥抱新的平台。

有些自相矛盾的是,芬克称如果开发不出来 Machine 也不会烦恼到他。惠普仍然可以回头销售记忆电阻芯片,以及提供无痕的架构来用光学传感升级现今的计算机。就算计算机开发失败,他们也已经收获了很多技术。

不过惠普现在的这些挣扎似乎表明,事实截然相反。

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