前些天，埃隆·馬斯克(Elon Musk)旗下的神經(jīng)科學(xué)公司Neuralink,，正式對外公布了一個可擴(kuò)展的高帶寬腦機(jī)接口系統(tǒng),。

科技的進(jìn)步，再次引發(fā)了大家的熱議和關(guān)注,。

IBM,，被業(yè)界譽(yù)為藍(lán)色巨人，隨著面向云的轉(zhuǎn)型,，IBM在科技上的進(jìn)取呈現(xiàn)出了新意,。

一方面，在資本與技術(shù)的融合上,，不惜花費(fèi)340億美元的大手筆,，將全球開源領(lǐng)域大名鼎鼎的Redhat紅帽公司成功收購，進(jìn)一步加深了在混合云領(lǐng)域的布局,。

另一方面,，聚焦未來架構(gòu)，IBM對未來的科技思考，也變得更為前衛(wèi),、豐富與積極,。令人期待的黑科技，款款顏值都很高,。

 ⊙黑科技之一：

未來引領(lǐng),，多位相變存儲有了全新突破

IBM研究團(tuán)隊針對相變存儲，尤其是多位相變存儲的研究已經(jīng)有十年左右的歷史,。

2010年,，IBM研究團(tuán)隊發(fā)表了可靠的多位相變存儲相關(guān)技術(shù)。

2015年,，IBM研究團(tuán)隊成功的演示了每單元2位的可靠的相變存儲技術(shù)，可以支持多達(dá)一百萬次的擦寫,。

2016年,，IBM研究團(tuán)隊又成功的演示了每單元3位的相變存儲，可以在80度的高溫下重復(fù)擦寫一百萬次,。

IBM副總裁,、大中華區(qū)首席技術(shù)官、IBM中國系統(tǒng)科技中心總經(jīng)理謝東博士

就在2019年7月18日位于南京舉辦的2019 IBM Systems 科技論壇上,，IBM副總裁,、大中華區(qū)首席技術(shù)官、IBM中國系統(tǒng)科技中心總經(jīng)理謝東博士帶來了更令人驚贊的技術(shù)細(xì)節(jié)和深度思考,，IBM在高溫下的64k相變存儲單元陣列上實現(xiàn)每個單元成功存儲3比特的能力,，并且在實驗室完成了其重復(fù)擦寫次數(shù)突破100萬次,。

其中,，最大技術(shù)挑戰(zhàn)在于工藝上對于電阻飄移的容錯處理，以及工程可靠性,，這與相變存儲器自身特性有關(guān),。作為一種非易失存儲，相變存儲目前主要利用的是特殊材料在結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)這兩種穩(wěn)定狀態(tài)下的電阻差異來表示不同的信息,。對于相變材料的加熱有不同的技術(shù)實現(xiàn)方式,，包括使用激光器來進(jìn)行加熱等方式。相變后的材料性質(zhì)由注入的電流,、電壓及操作時間決定,。

當(dāng)然，實現(xiàn)每個單元3比特的存儲能力意味著在這樣的存儲密度下,，PCM相變存儲的成本將接近閃存,，并且大幅低于DRAM的成本。值得深入研究的價值在于PCM相變存儲具備了DRAM與閃存的雙重特性。相變存儲技術(shù)上的全新突破,，可能對技術(shù)架構(gòu)帶來系統(tǒng)級變革,，甚至是編程模式的顛覆。

在PCM相變存儲技術(shù)進(jìn)一步利用上,，可以改變處理器和內(nèi)存的傳統(tǒng)信息傳輸架構(gòu),，加速內(nèi)存計算前進(jìn)的步伐，讓理想變?yōu)楝F(xiàn)實有了很大可能性,。

下一步,，IBM計劃和一些芯片制造廠商來合作制造PCM芯片，并推出適合主機(jī),、Power服務(wù)器和IBM存儲相關(guān)的PCM產(chǎn)品,。

 ⊙黑科技之二：

超高密度磁帶技術(shù)加速進(jìn)化，大有可為

信息存儲發(fā)展的歷史,，其實就是存儲介質(zhì)不斷創(chuàng)新,，從而帶動存儲行業(yè)向前發(fā)展的過程。

PCM相變存儲正在為世界帶來全新的機(jī)會,，同樣的,，歷史悠久的磁帶存儲技術(shù)，歷久彌新,，依然保持著技術(shù)迭代的創(chuàng)新力,。

作為磁帶技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，IBM聯(lián)合HP,、Quantum在1997年11月共同推出了線性磁帶開放協(xié)議,，即LTO（Linear Tape Open）技術(shù)。之前,，LTO聯(lián)盟公布了LTO-10將配合壓縮技術(shù)提供高達(dá)120TB可用存儲容量,，在可用存儲容量擴(kuò)展至120TB之后，已經(jīng)有證據(jù)表明其數(shù)據(jù)傳輸速度能夠達(dá)到每秒2.75GB,。當(dāng)然其中也結(jié)合了線性多通道,、雙向磁帶格式技術(shù)，基于服務(wù)系統(tǒng),、硬件數(shù)據(jù)壓縮,、優(yōu)化的磁道面和高效率糾錯技術(shù)，對磁帶的能力和性能帶來了很好的提升,。

2017年,，IBM研究院再次創(chuàng)下新的磁帶存儲世界紀(jì)錄，將330TB的未壓縮數(shù)據(jù)裝進(jìn)了一盒手掌大小的磁帶里,。從而,，實現(xiàn)了磁帶面密度（Areal Density）全新的突破,，相當(dāng)于磁帶存儲密度可以達(dá)到201GB/in2。該記錄是在索尼存儲介質(zhì)解決方案 (Sony Storage Media Solutions) 公司研發(fā)的濺射磁帶原型上來實現(xiàn),。IBM也非常有信心在未來的6到7年時間里,，將 LTO Ultrium的容量路線圖突破至LTO-12（190 TB）。這將推動超高密度磁帶技術(shù)加速進(jìn)化,。

IBM企業(yè)級磁帶庫的黑科技操作展示

可見,，大容量成為了磁帶存儲的顯著優(yōu)勢。不過,，磁帶介質(zhì)的特性帶來了兩個明顯的缺點(diǎn)：一是從帶庫取盤加載到讀帶機(jī)的時間長,；二是只能線性讀取，不能隨機(jī)訪問,。

但是,，作為存儲媒介，磁帶的優(yōu)勢也不少,。除了大容量的好處,，第二就是磁帶更節(jié)能，數(shù)據(jù)被磁帶記錄后,，立馬進(jìn)磁帶庫，能耗也就顯著節(jié)省,。

第三,，磁帶非常穩(wěn)定，出錯概率比其它存儲設(shè)備低4-5個量級,。

第四,，磁帶的安全性高，磁帶只要沒有插入驅(qū)動器,，數(shù)據(jù)就無法訪問,、修改。

因此,，磁帶存儲應(yīng)用在多個行業(yè)領(lǐng)域,，諸如粒子物理學(xué)、射電天文學(xué),、人類文化遺產(chǎn),、國家檔案、重要電影,、銀行,、保險、石油勘探等,。磁帶存儲以最安全,、最節(jié)能,、性價比最高的存儲方式，也廣泛應(yīng)用到了大容量備份,、檔案資料存儲以及大數(shù)據(jù)和云計算等新的應(yīng)用存儲,。

謝東博士介紹說，知名的云廠商微軟和Google都有采用磁帶存儲的方案,，國內(nèi)一些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)客戶也在積極的推進(jìn)磁帶的研究和使用,。

此外，閃存和磁帶的結(jié)合,，有可能將為數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)帶來深刻的變革,。為此，FLAPE=Flash Tape十分值得期待,，IBM也在不斷向前推進(jìn)中,。

 ⊙黑科技之三：

全同態(tài)加密技術(shù)的革新，讓云上數(shù)據(jù)更安全

全同態(tài)加密的概念很多年之前就被提出來了,，只是在算法上一直存在一些問題和挑戰(zhàn),。直到2009年，斯坦福大學(xué)的Craig Gentry在其博士論文《A Fully Homomorphic Encryption Scheme (Ph.D. thesis)》中,，首次提出來了一種里程碑式的全同態(tài)加密算法,。這是基于理想格(ideal lattice)來構(gòu)建全同態(tài)加密方式，被認(rèn)為是第一個真正意義上的全同態(tài)加密方案,，在很大程度上推動了全同態(tài)加密技術(shù)繼續(xù)向前邁了一步,。

Craig Gentry也是IBM的研究員，他的全同態(tài)加密算法也給全球研究者描繪出了一個意義深遠(yuǎn)的藍(lán)圖,，影響著多個領(lǐng)域的變化和發(fā)展,。

一方面，全同態(tài)加密技術(shù)還被業(yè)內(nèi)稱之為云計算數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域的大救星,。這主要在于該加密算法本身的特性,，可以對密文進(jìn)行操作，然后還可以恢復(fù)明文,。

另一方面,，這不僅可以幫助云計算供應(yīng)商解決了用戶數(shù)據(jù)上云后的安全性，同時對醫(yī)療用戶的數(shù)據(jù)隱私保全也有很大意義,，當(dāng)然在其他如金融等行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也非常有前景,。

對于任何一個用戶來說，其數(shù)據(jù)被加密后上云或被相關(guān)機(jī)構(gòu)處理,，利用全同態(tài)加密技術(shù)就可以在加密數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,，而在處理過程中卻對數(shù)據(jù)明文并不知曉具體情況。這樣就可以讓數(shù)據(jù)處理方無法獲得具體的用戶數(shù)據(jù),，使得數(shù)據(jù)傳輸流動的整個過程中,，都保持加密狀態(tài),，提升了用戶數(shù)據(jù)的安全性。同樣,，也就為云服務(wù)商,、醫(yī)療數(shù)據(jù)分析機(jī)構(gòu)等行業(yè)領(lǐng)域帶來了更有前景的業(yè)務(wù)拓展。

在2018年IBM發(fā)布的未來5年內(nèi)的五大科技預(yù)測中,，基于格的全同態(tài)加密 (Fully Homomorphic Encryption ,，F(xiàn)HE) 技術(shù)當(dāng)選其中之一。全同態(tài)加密保證了數(shù)據(jù)處理方只是可以處理加密的數(shù)據(jù),，而對數(shù)據(jù)具體內(nèi)容一無所知,。讓未來云上數(shù)據(jù)更安全，全同態(tài)加密技術(shù)帶來的革新值得期待,。

 ⊙黑科技之四：

近似計算,，打開數(shù)字AI芯片的未來之路

在AI領(lǐng)域的發(fā)展，IBM一直創(chuàng)新不斷,。除了AI算法的研究之外,，IBM也十分專注AI芯片的創(chuàng)新技術(shù)。

謝東博士分析指出,，打開數(shù)字AI芯片的未來之路,，近似計算在其中發(fā)揮著重要的作用。

所謂近似計算,，就是采取了獲得近似結(jié)果的計算,，減少計算精度，可以基本滿足其目的即可,，這樣的好處在于提升了計算的效率，節(jié)省了計算過程的能耗,。

在人工智能,、深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的一些應(yīng)用過程，不需要很高的計算精度,，一旦將計算精度降下來,，數(shù)據(jù)量也可以降低，不僅可以實現(xiàn)計算速度更快,，也對數(shù)據(jù)通信的要求同時也減,。這樣就可以縮小芯片的面積，自然可以省錢節(jié)能,。這樣的輕量級AI芯片,，有助于AI模型訓(xùn)練效率提升，利于邊緣計算獲得更佳的效果,。

早在2015年,，IBM采用16位輕量級AI芯片得到結(jié)果,，基本可以達(dá)到32位x86平臺上的水平，也就是識別的準(zhǔn)確性近似,。

然后在2016年,，IBM采用8位輕量級AI芯片模型訓(xùn)練，采用4位AI芯片進(jìn)行預(yù)測,，基本可以達(dá)到相同訓(xùn)練結(jié)果和預(yù)測準(zhǔn)確率,。

后面，IBM在設(shè)想研究這樣的AI訓(xùn)練和預(yù)測,，能否在兩位AI芯片上來完成,。

由此，IBM保持了在近似計算這樣一個很特別的發(fā)展路線圖,，尋求輕量級AI芯片計算速度更快,，功耗更節(jié)省，價格更便宜,。

 ⊙黑科技之五：

內(nèi)存計算,，一個新時代的開端

當(dāng)前，與近似計算一樣令人眼睛發(fā)亮的是內(nèi)存計算（In Memory Computing, IMC）,，也有人稱之為可計算存儲,。

業(yè)內(nèi)公認(rèn)的內(nèi)存計算原理，運(yùn)用內(nèi)存物理特性來進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算和存儲,。

然而,，IBM卻將內(nèi)存計算的實現(xiàn)方式，采用內(nèi)存與處理器核心集成在一起,，從而省掉了計算過程數(shù)據(jù)調(diào)用帶來的性能瓶頸如數(shù)據(jù)時延問題,。這種方式打破了馮·諾依曼的計算架構(gòu)，不僅可以減少數(shù)據(jù)搬運(yùn)對整個計算系統(tǒng)的性能影響,，而且可以帶來更經(jīng)濟(jì)的功耗表現(xiàn),。而馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于，各種數(shù)據(jù)會在內(nèi)存和計算單元之間不斷穿梭,，大量的數(shù)據(jù)調(diào)用會降低計算速度并且增加能量消耗,。

謝東博士指出，IBM內(nèi)存計算設(shè)計也會運(yùn)用到相變存儲PCM特性,。PCM改變現(xiàn)有的計算與存儲架構(gòu),，將內(nèi)存計算的設(shè)想變成了更多的現(xiàn)實。相變存儲通過電阻來表示存儲數(shù)據(jù),，運(yùn)用乘法運(yùn)算的特點(diǎn),，靠物理特性來實現(xiàn)，瞬間可以完成,。并且可以直接在內(nèi)存上進(jìn)行,，減少數(shù)據(jù)搬運(yùn),、減少功耗，計算效率大大獲得提升,。IBM實驗室獲得的指標(biāo)已經(jīng)實現(xiàn)了300倍的功耗節(jié)省,。

其外，相比數(shù)字方法的近似計算是減少精度,，模擬方法的內(nèi)存計算是更好的提升精度,。目前，IBM可以實現(xiàn)8位等效精度的模型,，這樣的模擬方式相當(dāng)于實現(xiàn)了8位數(shù)字的等價精度效果,。

IBM研究員Evangelos Eleftheriou博士撰文表示：“技術(shù)瓶頸導(dǎo)致摩爾定律失效，從處理器與內(nèi)存’一分為二’的馮·諾依結(jié)構(gòu)出發(fā),，實現(xiàn)本質(zhì)上的創(chuàng)新與突破,，讓內(nèi)存計算的革新成為可能。目前,，內(nèi)存計算技術(shù)本身的簡單性,、高速度和低能耗，讓最終實驗結(jié)果非常接近于在馮·諾依曼計算機(jī)上運(yùn)行的基準(zhǔn)方法,?！?/p>

當(dāng)前，人工智能（AI）應(yīng)用中的高密度,、低功耗,、大規(guī)模的并行計算系統(tǒng)，非常適合采用內(nèi)存計算方式來實現(xiàn),，整體計算效率可以大大提升的同時,，系統(tǒng)功耗也能大大減少?？梢?，內(nèi)存計算的未來發(fā)展令人十分期待，或?qū)⒋砗蟆榜T·諾依曼”時代的開端,。

 ⊙黑科技之六：

突破再突破,，量子計算的未來已來

量子計算領(lǐng)域的研究與突破,，IBM一直處于全球領(lǐng)先的位置,。

現(xiàn)在，IBM領(lǐng)先的量子計算從實驗室已經(jīng)開始走向了大眾,，其中,，IBM Q System One是量子計算商業(yè)化的重要一步。并且在2019美國CES展會以及IBM Think大會上,，IBM對外展示了全球唯一脫離實驗室環(huán)境運(yùn)行的量子計算機(jī)“IBM Q System One”,。

揭開IBM Q System One量子計算機(jī)的黑科技之謎

謝東博士強(qiáng)調(diào)指出,，量子計算，很有可能是現(xiàn)有計算架構(gòu)體系獲得前所未有突破的一個技術(shù),。未來發(fā)展?jié)摿薮?，不僅在人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的核心優(yōu)化(optimization)可以獲得很大發(fā)揮,，同時在多個計算領(lǐng)域?qū)⒂兴@人的表現(xiàn),。

給業(yè)內(nèi)的感覺，IBM Q System One讓量子計算的未來已來,，也讓量子技術(shù)能夠真正被實踐與應(yīng)用初次成為了現(xiàn)實,。

IBM Q System One成為了世界上首個專為科學(xué)和商業(yè)用途設(shè)計的集成通用近似量子計算系統(tǒng)。此外,，IBM還宣布計劃于2019年在紐約波基普西市(Poughkeepsie)設(shè)立首個IBM Q量子計算中心,，以便更好地服務(wù)于商業(yè)客戶。

另有資料顯示,，自2016年5月以來,，免費(fèi)公開的IBM Q Experience目前已擁有超過10萬用戶，用戶在該平臺上運(yùn)行了超過670多萬次實驗,，發(fā)表了130多份第三方研究論文,。同時IBM還對開發(fā)者推出了一個可以下載的完整的、開源的量子軟件開發(fā)工具包Qiskit,，借助Qiskit創(chuàng)建和運(yùn)行量子計算程序的次數(shù)現(xiàn)在超過了14萬次,，QISKit可以幫助研究社區(qū)最大限度利用量子計算系統(tǒng)的核心。

當(dāng)然,，量子計算領(lǐng)域的突破再突破,，也將會在云計算、加密等領(lǐng)域獲得更多的創(chuàng)新,，帶來更大的行業(yè)變化,，也是非常值得期待的。

 ⊙小結(jié)：

聚焦未來架構(gòu),，迎來后“馮·諾依曼”時代

無論是在量子計算領(lǐng)域的積累與突破,，還是在PCM相變存儲領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步，抑或是在閃存和磁帶技術(shù)上的創(chuàng)新和加速,，以及對于全同態(tài)加密 (FHE) 技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)取,，這一切的變化，都讓IBM越來越貼近行業(yè)與用戶去思考未來,。

在積極迎接云開放與安全的全新發(fā)展未來中,，全球科技領(lǐng)域有望步入后“馮·諾依曼”時代。

這樣的改變需要開放、創(chuàng)新的架構(gòu)革新,。那么,，成功收購紅帽（Red Hat），這充分表明了IBM走向開放開源的決心與信心,。聚焦未來架構(gòu),，IBM的這幾大令人期待的黑科技，也就更為令人興奮,、令人期待了,。