“新概念高效能计算机体系结构及系统研究开放”项目21日在沪通过专家组验收，意味着由中国科学家首先提出的拟态计算机技术成为现实，可能为高性能计算机的发展开辟新方向。
拟态计算的灵感来源于生活在东南亚海域的拟态章鱼，该章鱼为了适应环境可以模拟至少15种动物。经过6年的潜心研究，该项目带头人、中国工程院院士邬江兴教授及其团队提出了基于拟态计算的主动认知可重构体系结构，研制出了世界上第一台拟态计算机的原理验证样机。拟态计算机的最大特点是高效能。测试表明，针对特定运算任务的能效比可提升十几倍到数百倍。该计算机的研制很可能成为改变“游戏规则”的变革性技术，开创高效能计算机体系结构发展的新方向。
拟态计算机
目前一般的计算机“结构固定不变、靠软件编程计算”，而拟态计算机动态可变，“靠变结构、软硬件结合计算”。针对用户不同的应用需求，拟态计算机可通过改变自身结构提高效能。拟态计算机的设计灵感来自拟态章鱼。拟态章鱼是自然界的“伪装大师”，它能扭曲身体和触手，改变颜色，模仿至少十五种动物的外表和行为。
历时6年潜心研究，中国工程院院士邬江兴带领500余人团队完成的“新概念高效能计算机体系结构及系统研究研发”项目，昨天通过了科技部的验收，标志着世界上第一台拟态计算原理验证样机的研制成功。
记者了解到，这是一种基于认知可改变结构的拟态计算机，换句话说，计算机的架构，会根据任务不同，改变成不同形态。“这是计算机体系结构上的创新，为人们一直在寻找更节能高效的计算机提供了方向。”邬江兴说。
寻求突破传统结构
你是否也有这样的感受——无论如何货比三家，也无法挑选出最适合自己用的计算机。事实上，60多年来，计算机一直受制于冯·诺依曼设计的以运算器、控制器、存储器和输入输出设备几大件组成的“经典结构”。“经典结构”的好处是通用，也就是无论什么任务它都能处理;而弊端恰恰也是通用，“不管你脚多大，必须穿上37码的鞋走路。”邬江兴说。
“鞋不合脚”带来的第一个问题是“走不快”，小脚穿大鞋会绊脚，大脚穿小鞋则会喊疼。这正如现在计算机的使用效率，目前世界上TOP500排行榜上的计算机，绝大部分应用的实际使用效率不到10%，因为目前提高计算机运行速度的手段主要靠增加“核”，而一般很少有让几百万个“核”同时运转的时候。
想要提高运算性能，能耗却成了不能承受之重。据统计，天河2号每小时用电17.8兆瓦，相当于发达地区一个三级小城市公共照明的耗电量，一年下来，电费高达1.5亿元。
因此，科学家们一直在寻求打破“经典结构”。
拟态章鱼触发灵感
从自然界最会伪装的拟态章鱼身上，邬江兴为未来计算机找到了一种思路。
拟态章鱼能扭曲身体和触手，改变颜色，模仿至少15种动物的外表和行为，邬江兴提出的计算机构想就是，计算机基于任务需要，由元结构组合出多种应用目标结构等来支持不同运算，需要多少就组合多少，不浪费一点资源。
这种弹性的组合方式能优化资源配置。如果一个网络终端由100台电脑构成，其中30台提供邮件服务，70台提供影音服务，当有80个人需求影音服务、10个人需求邮件服务时，传统计算机就会让点播影音的人感到延迟，而空余的20台邮件电脑则白白浪费着电。当结构可变时，解决方案就智能得多，元结构会根据需求变形成80台影音电脑和10台邮件电脑，让每个使用者都能享受优质服务。
如何平衡高效与通用
在科学家心中，高效和通用，是一根绳子的两端，不可兼得。通常“一个通用的东西一定是低效的，一个高效的东西一定是专用的。”邬江兴深知这是一个巨大难题，但仍在计算机发展道路上苦苦探求绳子的平衡点。
传统计算机是为了计算而生的，在同时处理多种应用的不同要求时显得“笨拙”。像天河2号这样的超级计算机有几十万个核，核同时运转让计算机达到每秒千万亿次的峰值，然而有时一道题目是要求利用上一步的运算结果才能继续解答的，那么擅长“同时运算”的超级计算机将无用武之地。而在拟态计算机的测试中，通过改变结构，向服务器发送网页的效率提高了20多倍，图像识别和口令恢复等任务的能效提高了200多倍。
尽管拟态计算机的成功研制让人们看到了高效能计算机时代来临的曙光，但邬江兴表示，这只是理想到现实的第一步，这项技术离真正产业化还有很长的路要走，接下来科学家们的任务，就是扩大应用领域，让“鞋子”更好地适应每一双“脚”。