未来计算是什么样的？张晓东、丛京生等六大教授这样说|未来论坛2017

10 月 29 日，一年一度的未来科学大奖颁奖典礼暨未来论坛年会在北京举行。(公众号：)了解到，今年的大奖颁奖典礼上，授予了 2017 年未来科学大奖“物质科学”奖、“生命科学”奖，并首度授予了“数学与计算机科学”奖。用四组数据来看，还包括了1 场主旨揭幕全会，3 场未来科学大奖得奖人学术报告会，14 场未来峰会论坛，共计 40 余位顶尖科学家参予，其涵括的范围还包括高效计算出来、脑科学、新能源、基因技术等话题辩论。

而在计算机科学分论坛上，来自国内外五位学术界的六位教授对未来计算出来展开了探究，从有所不同的角度公开发表了他们各自的看法。圆桌论坛的嘉宾有：张晓东，俄亥俄州立大学 Robert M. Critchfield 讲席教授，计算机科学与工程系主任，国际计算机学会（ACM）院士，电气电子工程师学会（IEEE）院士Luis CEZE，华盛顿大学计算机科学与工程系教授丛京生，美国加州大学洛杉矶校区（UCLA）计算机系校长讲席教授李凯，普林斯顿大学 PaulMarcia Wythes 讲席教授，美国工程院院士，未来科学大奖科学委员会委员Margaret MARTONOSI，美国普林斯顿大学 Hugh Trumbull Adams 35 教授，国际计算机学会（ACM）院士，电气电子工程师学会（IEEE）院士谢源，加州大学圣塔芭芭拉分校教授，电气电子工程师学会（IEEE）院士周逵，红杉资本中国基金合伙人，未来论坛理事以下为对话内容国史，做到了不转变本意的编辑：张晓东：一百多年前，福特汽车公司的创始人福特回答他自己未来的客户，你们想什么样的最差交通工具，所有客户都说道我们要跑完的更慢的马。

如果把现在标准化的计算机系统当成一匹马的话，这个马跑不动了，摩尔定律身下了，这是客观规律。我们以前所期望的周期性计算机速度大大地减少，现在渐渐截至了，给了这么多晶体管，怎么做计算机芯片，通用型的作法，可以看见很多性能和效率的状况更加得意了。

在微处置技术上面，我们做到了一层十分浅的软件，带给很多优点，让整个系统非常灵活，十分标准化，但也十分陈旧，三个优点特一起，就是我们这匹马早已快跑身下了，所以要有新的决心。在 CMOS 之内，现在有很多基于 CPU 的系统，效率不低，但优点是非常灵活，也十分标准化，对于未来来讲，在 CMOS 里面，能无法经常出现一种又高效，又灵活性，又标准化的系统，虽然这些现在是有对立的。

量子计算出来能在这里面起着什么起到？丛京生：我们实验室 2008 年给美国自然科学基金会写出的议案，专门要做到特定领域的类似计算出来，当时受到灵感来看加密算法，如果用一般的 CPU 来做到，有效性是 1 的话，用专业芯片来做到，能提升 80-800 倍左右，专用和标准化有相当大的差异。都说有企业界杰出人士，招人讨一千个高中毕业生，还是讨几个专业人才，很多人自由选择讨专业人才，社会也是有相当大分工，要想要在专业里作好，讨几个十分杰出的人才，不是讨很多人，今天只不过就是想要做到这么一个事情。

今天用计算机，现在当作记笔记，如果孩子们当作做到游戏，认同有效性过于低。期望有这样一个计算机，当作做到医疗精准计算出来，渐渐专业化，解法微积分方程解得十分好。这个不是天方夜谭，有这种可以编程的芯片，在你办公室书桌上，把它可以几乎用专业化的芯片设计出来。

我谈的芯片就是 FPGA，我们实验室在做到。我们做到了一个工作，只要写出 C 程序，就自动设置成电路，下一步连 C 程序也不必写出就把集成电路自动分解了。

有人回答我的研究方向是什么？我说道研究方向就是想要把电路设计民主化，让都说的每个人都可以设计自己的电路，自己的专用计算机，这是可以做的一个事情，但就是要花上若干年的希望。李凯：现在我们还在探寻，从现在到将来这个区间应当怎么做？有可能显著的方向就是较为专业化，现在不仅在计算出来方面早已专业化了，只不过在很多软件设计早已开始专业化了，为以后专业化做到打算。

比如现在在大的数据中心里，很多存储系统都早已专业化了，Facebook 遗图像的存储器有一种设计法，遗视频有一种设计法，遗一般的数据有一种设计法，做到纯金凝的数据有另外一种设计法，都是不一样的，现在大家早已专业化了。数据输入输出方面是有艰难的，我们现在谈大数据，以后设计软件、设计算法有可能就不会向这个方向回头。如果确实作好，各个方面从算法到软件硬件都必须，我们早已向这个方向回头了，特别是在大型数据早已开始专业化了，所以可以看见以后有可能做到很多事情都要专业化。张晓东：能无法谈一下主流的量子计算出来在未来的发展是什么样的？Margaret MARTONOSI：我们大多数人都会实在量子计算机在未来替换现在大家所用于的计算机，而是它是不会在这种专门的领域方面有更加多发展。

当然我们还有很多的工作必须做到，要辨识出有有哪些领域需要让我们在有所不同层次、有所不同范围之内去用于量子计算机，这是一个挑战。我十分表示同意之前周逵教授所讲的，就是我们面临的主要挑战就是储存，我们如何保证计算机的能力，要保证在有所不同的层次上的储存市场需求需要符合，这是一些主要的挑战。谢源：在专用和标准化之间，有很多的辩论，但是也不会有一个均衡的地方，PC 机时代，CPU 是标准化计算出来， GPU 一开始是作为图形计算出来的专用硬件，发展过程当中，看见 GPU 开始用作 GPGPU，这两者之间利用大量的并行性，做到特定的存储，比如 AI 的存储，本身并不是图形计算出来的一部分，但是充份可以利用 GPU 大量的并行性协助 AI 的存储。

AMD 新的架构是 APU，是 CPU 和 GPU 融合在一起。周逵：我们投资的这些创业公司，他们明确提出做到标准化芯片过于他们的用处。荐两个例子，有一个是在人脸识别、视频监控环节，期望有更加专用的芯片，提升更佳性能。

比特币运算环节，创业者说道要做到一个合适他们应用于的专用芯片。两个早已到应用于，早已要做到这个事情。Luis CEZE：我们并无法意味着寻找一个较为好的算法就可以了，或者寻找更佳的发展，深度自学和 AI 方面，我们也是较为幸运地的，在这个设计过程当中，需要看见还是有一些规律的，所以我们需要看见有很多创业公司在这个方面做到得较为好，他们有这种类似用途的芯片可以用于的。

现在储存当中有十分多的图像和视频，储存早已是世界上面对的较为大的问题，我们应当有专门系统专门储存这些图象和视频，还有 flash 也是需要展开储存的方法，但是视频和图像，必须我们有更加多的这些数据作为基础协助我们设计类似的储存方法。张晓东：现在业界有很多存储系统进展，SSD 被广泛应用了。

我们看见未来的磁盘是十分追的，没存储系统，十分大，十分追的。未来的这种操作系统和磁盘之间的关系是什么样的？DNA 存储系统在主流的存储系统当中起着什么起到？李凯：我的点子是，根据用户场景和用户的拒绝来定，做到技术的想把性能往前引，但是设计的时候，必须考虑到用的拒绝，我们做到一个产品，对于用户的拒绝较为更加脆弱一些。要是把银行里面的信息放到那的话，首先不期望你的信息有变化，如果一个信息逆了，于是以变为胜的话，认同有问题。另外期望你的信息，如果有地震，如果都有的灾害再次发生的话，有人把银行炸伤了，信息会毁掉，信息必需不存在别的地方。

DNA 存储现在必须把试管相赠到远去，传送这种信息。老一代系统，比如金融界，它的信息放到本地数据中心，后末端实质上有人把这个数据放在存储器上，运往远处，然后放在远处，早已有这种服务了。即使现在放到云端，大家实在样子我把数据放到云端里面，到什么地方都可以读取，可是你不告诉，挪很多数据到云端是很艰难的，比特率并不是在这条线上，比特率的减少实质上如果看一下历史，1980 年左右，第一个产品出来，本地网络当时是千万 btns 每秒，十年以后减少十倍，每次都是十年，摩尔比特率每十年减少十倍，不是每四年，数据减少情况下，必需用别的办法设计。大数据放到磁盘上，并不是用比特率传过去，如果传过去有可能必须一个月，用租车的话，一天就可以传过去。

在这种用途情况下必需有，而且现在这种比特率，手机上的数据要传遍云端，都跟存储能力中间的 gap 更加大了。Luis CEZE：这几点很有意思，就是有可能说道整个系统的转变，从比特率到现在对于计算出来的这些辩论，显然是有很多转变，我们也可以把比特率特到十分大，然后需要应用于到十分大的应用于里面，再行返回存储方面，，怎么需要更佳地在一个计算出来系统里面容纳，这个在系统设计里面是十分有意思的话题。

Margaret MARTONOSI：我们绝大多数对话都是关于数据，或者是十分静态的这些东西，事实上还有很多的数据是动态的，比如物联网，或者无人驾驶，都会在世界各地有这样的动态数据，怎么分析这种动态数据，怎么应用于，这个是很最重要的，怎么需要让网络更为具备敏捷性，也是一个挑战。现在也有很多的这种数据在云上面，所以怎么需要去计算出来这些数据，或者是存储也好，这些方面一旦引进这种互联网，还有很多传感设备的话，就有很多这种市场需求。

周逵：在末端上面，手机显得这么小，存储的变革是最重要的变革之一，但是上面的市场需求总有一天实在存储量过于，常常装有一些视频就装进了，这是认同遇到的市场需求。存储总有一天占到成本相当大的一部分，这两个是呼唤新技术。DNA 存储感叹冲出了一扇窗户。每年产生的数据都是历史产生的数据总和，都是构成整个社会云端智慧，数据都会集中于在云端，对云端的存储能力市场需求和传输、运算的速度拒绝更大。

我实在这方面存储的变革有可能对于未来生活会产生极大的变化。丛京生：存储跟计算出来可以融合在一起，海量数据要存一起，如果小规模存储，需要读取十分慢的话，可以代替计算出来，我们小时候要学完加法学乘法，腹九九表，7×8 不必再行忘了，背下来了，是不是老师让你腹两位数九九表，较为无以腹，100×100 乘起来一万个数，脑子里搁不下，拢得下的读取十分快。有一个神秘的芯片 FPGA，可以有所不同地变化功能，把你想的函数值不存在里面，所以是很有意思的一个事情。我们 2013 年写出了一篇论文，以后还是期望有可能更好地注目，计算出来不要忘了，多设一些九九表，吧这些值都遗一起，当然无法所有的值都遗，这样太贵，遗一些相同的最重要的值，可以迅速的算数出来。

当我是小学生的时候，为了算得快，不但把九九表腹下，关键乘法背下来，所有的平方都告诉，比如 14×14，15×15，有了这些关键，来 14×16，我也可以迅速算数出来，死记硬背不是坏事，十分好，死记硬背下来以后算数得十分慢，把这些问题答案背下来，中间这些答案借此人组一起，这只不过是一个很精妙的点子。谢源老师跟我有一个相当大的合作，现在还没月宣告，期望把存储和计算出来几乎融合在一起，这样只不过就像人脑一样，显然是也没什么哪里是管存储，哪里是管计算出来，十分密切地融合在一起。

张晓东： 集成电路世界里还有很多事情要做到。下面一个课题谈谈打破 CMOS，不会会以后显得打破 CMOS 系统需要包括多少应用于，是在 CMOS 世界里无法做到的。CMOS 和打破 CMOS 之间，不会会必须搭乘一个桥梁？Luis CEZE：我不实在 CMOS 不会消失，认同不会有 CMOS 在这里面不会发挥作用，怎么用准确的技术应用于在准确的领域里，我们必须很多这种团队展开研究，我坚信不会有很多，比如像现在的实验室也好，还包括其他各种领域的科学家，可以去再进一步研究，我们也可以相互交流，然后找寻一些可能性。

只不过也有很多很有意思的一些找到，比如 DNA 测序器，纳米孔测试器可以看见十分小的细节，分子和 CMOS 之间联系十分有意思。丛京生：什么是 CMOS，是 CMOS 晶体管的全称，什么是晶体管，应以就是一个电源，关上就传输数据，关上了就无法传输数据，跟物理房间里电源几乎一样。建晶体管建的过于好，有一类电源传 0 记的好，传 1 记的很差，有的传 1 好，传 0 很差，设计电源里两个晶体管，传 1 的时候用传 1 较为好的电源，传 0 的时候用传 0 较为好的电源。

这么一对电源，用它做到计算出来，现在是最可信，而且集成度最低的一个技术。这是摩尔定律为什么回头了二三十年，还有十年左右的周期，如果无法往下走了，还有很多问题。Luis CEZE 谈了有意思的工作，DNA 是不是能存储，有很多这种有可能的。

CMOS 如果无法再行构建的话只不过还有一个有可能方向，只是在两维的芯片上无法再行构建了，可以往三维回头，一层一层递归，可以用某种程度的技术改革，效率也可以提高很多。李凯：现在早已很多根据用户拒绝，对有所不同应用于设计有所不同的计算出来和存储， 我们早已向这个方向回头了，有可能我们以后就不会根据有所不同的新技术经常出现，比如用 DNA 存储，那些技术不存在了，可以解决问题哪一类的问题。

刚才我提及现在传输，如果银行遗金融数据，国际标准遗七年，七年以后无存了，公司里的很多数据，有的遗 30 天，有的遗三个月，也有的公司像硬件公司，像因特尔总有一天遗下去，设计信息就是总有一天不存在下去，设计有所不同的拒绝，有有所不同办法，有可能以后每个人要把自己的信息传授给下一代，有可能知道必须通过 DNA 来传，因为可以遗多少多少年，有很多有所不同的拒绝，告诉新的技术不存在，有可能新的技术就不会进去，我是坚信这种办法。Margaret MARTONOSI：我更为慎重，不是更加悲观，我实在摩尔定律是十分真是的定律，但是不需要确保 50 年都是顺利的，因为在每一个阶段，它的经济性上面，我们必须更为较慢的电脑，然后还有半导体，必须更进一步发展，来承托整个行业，我们都告诉有一些新技术可能会替代摩尔定律，有一些有可能未必。所以我实在对于量子计算出来，我还是觉得很有期望的。

可以看见很多证据是说道，只不过还是基于摩尔定律得出了很多这种可能性，可以让我们去投放一些新型汽车，5-10 年之后的这种。我们都可以有一个设计，有可能未来认同不会有一些新技术，但是现在还没到这个阶段，我们去想一想的话，应当还是很鼓舞的，但我实在还是必须更为慎重对待。谢源：传统的 CMOS 摩尔定律只不过之所以有摩尔定律，因为间隔两年晶体管可以做到小，可以在两维空间里大大把存储体积增大，继续做 3D 填充，两维无法之后增大，可以往三维空间上找，过去十多年里，我和丛老师专门从事的一个研究方向，就是三维集成电路设计，这个需要协助我们在现有的 CMOS 基础上，能再继续沿袭一段时间。张晓东：从投资者的角度来讲，有什么点子，跟我们共享一下？周逵：刚谈的 CMOS，让行业从投资到生活，早已精彩了 50 年，这个精彩还在持续，有可能 50 年、80 年、100 年，几乎有可能。

它冲出一扇窗，电脑相似人脑，分段、立体和 DNA 的存储逻辑，还有很多很好的机会。如果有一天，我们有可能再行转一个公司，说不定有这个机会，因为基础科学技术突破，有可能带给极大的创意和极大的产业的投资机会，所以最差是一个华人公司，这样就更加来劲了。我们尤其注目技术变革离现实有多近，不必须明年，是不是五年之内、十年之内需要再次发生，我们有这个冷静，还是较为大力的。

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