从ENIAC到“智二代”:运筹帷幄的计算

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“窈窕淑女,君子好逑”,人们对美的追求总是永无止境。如果说美女以容貌、身材和气质取胜,那么作为每日与人相伴的电脑,能否给人以“美”的感受?或者说,什么样的电脑才能让人“好逑”?各人标准不一,性能派、外观派各执一词,唯独有一点可以肯定:小而强的东西,总是能赢得更高的回头率。实际上,在电脑从科研设备走向办公、娱乐工具的数十年里,让其浓缩化的努力就从来没有中断过,尽管路之坎坷难以想象。

让时光倒流65年,你将有幸目睹人类历史上第一台现代电子计算机ENIAC的诞生。这个占地面积170平方米、重达30吨的庞然大物,在1946年的首次亮相中便赢得满堂彩,只因为它能分别在1秒钟内进行了5000次加法运算和500次乘法运算。然而就是这样一台计算机,要占据10个普通房间的面积,需要30个操作台,耗电量高达150KW,运行频率则仅为10KHz(0.1MHz)。而构成它的零部件,则包括17468个线个电容器、1500个继电器,以及6000多个开关,造价约48万美元。尽管在目前看来,这样的高昂造价换来的计算能力还远不如今天一台最低端的“计算器”,它相比英特尔最新的酷睿i7-2600K处理器每秒可进行1000亿次双精度浮点运算的运算能力,ENIAC就是个儿童玩具。但在当时,ENIAC仍比那时候最快的继电器计算机快1000多倍。

在计算机如同战略物资的上世纪40年代,指望ENIAC服务于社会阶层显然不现实,然而,让普通消费者获得计算设备却已成为必然趋势。在ENIAC诞生35年后,英特尔与IBM联手,成功地让梦想变成现实。在里程碑式的1981年,搭载英特尔8088处理器的第一台IBMPC问世,这颗运行在4.77MHz主频的处理器每秒钟可处理近百万条指令,执行效率远高于当年的ENIAC,而体积、造价亦不可同日而语,普通消费者就这样轻松地拥有了具备非凡计算能力的设备。

回到今天,距离个人电脑诞生已有整整30个年头。在这30年中,有着电脑“心脏”之称的处理器发生了翻天覆地的变化:频率从8088的4.77MHz跳跃至酷睿i7-2600K的3.4GHz,晶体管规模从29000个暴涨至9.95亿个,运算性能也由百万级猛增至千亿级,任何一项指标的提升都是以万倍乃至十万倍为级别。如果我们做一个很形象的类比,以机箱体积为单位衡量处理器的运算性能,那么“单位体积”的运算性能呈现出的也会是一个指数级增长曲线。

作为个人电脑革命的幕后推手,芯片巨人英特尔充当了“总导演”的角色。一方面,在摩尔定律的驱使下,可预见的英特尔“Tick-Tock”发展模式让处理器每年都呈现出新面貌:性能更强、功能整合度更高,而功耗却更低。全新出炉的第二代智能英特尔酷睿处理器(俗称“智二代”)采用了业内最前沿的32纳米制造工艺,精确地控制着处理器中9.95亿个晶体管的开关,不仅效率惊人,而且拥有极为出色的能耗与发热量控制表现,最高端的四核“智二代”酷睿i7-2600K处理器TDP仅为95W,只需一枚普通散热器即可将温度抑制在相对温和的区间。

另一方面,处理器架构的演变还促使PC系统走向简洁化,主板上不再需要像以往那么多的芯片来实现必需的功能,因为处理器已经将它们兼容并包。在2008年以前,基于英特尔芯片组的主板需要南北桥两颗主要芯片,而现在,主板上仅需一颗平台控制芯片(PCH)来完成磁盘管理、USB接口与千兆网络连接等功能,像内存控制器等关键功能组件早已迁移至处理器核心,就连玩游戏所需的高性能独立显卡也被“智二代”处理器中无缝融合的英特尔核芯显卡取而代之,成为其不可分割的一部分。

这种融合趋势对PC的发展、用户的体验都将带来深远影响。对于OEM厂商而言,平台架构的简化大大节约了系统设计的研发时间与成本。例如,在“智二代”平台下,工程师们在设计散热系统时,不再需要考虑北桥过热的问题,因为平台控制芯片(PCH)已经足够“清凉”。硬件系统的简化还给了他们更多的时间来思考如何将系统设计得更为安静、精致、美观与小巧,从而为产品提供更多的卖点。总而言之,“智二代”可以帮助OEM厂商以更低的成本打造出更出色的产品,PC产业生态链将因此而繁盛。

对于最终用户而言,“智二代”同样为他们带来了朝思梦想的新体验。例如,以前需要在主板上安装独立显卡方能体验3D游戏,还要考虑机箱尺寸、系统散热、电源功耗以及噪音等因素,DIY变得十分累赘。而随着“智二代”的到来,一切烦恼迎刃而解:无缝融合的英特尔核芯显卡可以轻松应付主流3D游戏,独立显卡不再是必需品;搭建高性能游戏PC不再需要庞大的塔式机箱,一套精致的Mini-ITX解决方案即可让无比强大的“智二代”处理器在巴掌见方的空间内施展拳脚——这就好比在一辆两厢小车中装入一台V8引擎,震撼度可想而知;超频爱好者甚至都可以考虑“刀枪入库”——高度智能的英特尔睿频加速2.0技术可以轻松实现运算性能按需分配,传统的超频似乎费力不讨好;与此同时,发热量与噪音控制更是不再成为关注点——32纳米工艺打造的“智二代”,想不清凉都难!

从ENIAC到“智二代”,65年时光让电脑改变了太多,你的机箱中或许早已容下数亿个ENIAC的运算性能。不过这显然并不是芯片科技的全部,深远的未来依旧遥不可测,有一点可以定论:以“智二代”为转折点,未来将有无数个里程碑在等待!

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