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一个创新的苗头(131021) 精选

已有 8798 次阅读 2013-10-21 09:07 |个人分类:计算机|系统分类:观点评述| 创新, 粗略计算

一个创新的苗头(131021)

闵应骅

 

一个科研人员,干一辈子都不一定有创新。不论创新是成功,还是失败,总比没有好。当然,发表一篇文章,总得有个创新点,但那不是一个系统的创新工作。看到IEEE Spectrum 201310月号上,西雅图的华盛顿大学介绍了他们的一个工作。虽然还谈不上是一个成果,但是,看得出是一个创新的苗头。抓住创新苗头是第一重要的,包括研究动机、人家解决了没有、需要进行的工作,这些思路理清了,才能开始着手。本文想加上自己的看法,谈谈这个创新的苗头,也许有研究前途,对其他创新课题理清思路也许有一定的参考价值,供大家参考。

 

1.  研究动机

 

大家知道,现在节能是人类第一要务。人手一个智能手机,就像每人一个手电,日夜开着。虽然瓦数小,但架不住人多,成为能量巨大浪费。超级计算机成千上万的处理器,在任何时刻都只有一部分在工作,其他都是在浪费电能。在一个芯片内,也有所谓“黑硅”(“dark silicon”)的问题。就是说,芯片里的晶体管在同一时刻并不是都需要工作的,徒然浪费电能。所以,IT行业的节能是一个重要的任务。我在粗略计算与节能(130408)中已经谈到过这个问题。出路就是牺牲精确性,搞粗略计算。譬如你压缩一个电影要到飞机上看,每个画面里如果像素出现一些错误是无所谓的,可以粗略。但是,另外一些数据就不能有任何一位的错误。譬如一个网址,错一位也许就没有这个网址,或者跑到另外的网址去了。一个照片处理程序对于某些像素的错误也不敏感,但是,JPEG文件头却一位也不能错,否则所有修改都无效。所以,要区别,哪些可以粗略计算,哪些必须精确。

 

2.  基本假定

 

我们要想法使计算机及集成电路芯片有一种节能-易错模式。在这种模式下,虽然比较容易出现一些错误,但降低功耗。譬如降低CPU工作电压可能偶尔引起算术运算的差错,但功耗能降低。又如降低动态随机存储器刷新频率可以降低功耗,但可能引起某些位丢失。无线装置可以转入节能状态,如果允许某些通讯差错的话。这些假定需要做硬件的试验。

 

3.  主要工作

 

华盛顿大学这个研究组设计了一种试验性的语言,EnerJ,在软件中区别两种数据类型,即粗略型和精确型。粗略型数据只保证最高若干位是正确的。譬如处理一个1000x1000黑白图像的亮度,从第1行第1个像素开始,一直到第1000个像素,逐个相加,加出一个检查和TOTAL。再做第2行,如此下去,最后,用1000KTOTAL就得到像素平均值。如果这一百万像素的某些值错误,或者相加有错误,问题不大。但是,行计数I和列计数J必须绝对正确。否则,计算就可能全错了,甚至无法停机。这时,TOTAL是粗略型,而IJ是精确型。精确型变量可以赋值给粗略型变量,但粗略型变量不能赋值给精确型变量。粗略型变量可以存储在不可靠的低刷新率的DRAM中,而精确型变量不可以。粗略型变量的运算可以在低电压下进行,而精确型变量的运算不行。所以,程序能够区别粗略计算或精确计算。

 

4.  存在问题

 

这个想法我觉得可取,他们这种语言已经实现样机。但是,要成为一个创新成果,还有许多工作需要做。首先是验证基本假设是否成立。没有这一条,那些软件的努力都是白费。其次,我担心的是:软件在粗略计算与精确计算之间可以转换得很快,而硬件,譬如供电电压的变化就不太可能跟上。目前已经采用的供电电源切换也有这个问题。最后,当然是省电的效果。究竟能省多少电?对性能的影响有多大?诸如此类的研究工作当然很多。这些工作还有许多创新余地,并不是他们华盛顿大学一家所有。甚至,换个思路。柳岸花明又一村。如果成功,那将是重大成果。对计算的概念有推广;对IT产业将是一个革命性的变化。现在手机里、CPU里,也有所谓省电模式,但不知道效果究竟如何,也许是虚晃一招而已。科学研究不能这么做,要落实。

 

一个创新苗条不光是一个Idea。当你冒出idea的时候,你得考虑这个想法有意义没有?所需的论证或实验可能进行吗?idea人人都有,时时都可能冒出来。但是,常常要不是海市蜃楼,像做梦一样;要不就是空中楼阁,不可能实现。悬空、脱离实际的idea 对科研没有意义。鉴别一个想法是不是可以往下做,决定于自己的水平。要不然,为什么需要学术带头人和研究集体呢?路走错了,徒然浪费时间而一事无成。至于说成功,那就远了,非你个人可以左右。但是,绝不要把科研看作就是发表一篇论文,也不要把论文取录了,就看作是成功了。




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