我们现在让计算机所干的工作是20年前的科学家无法想象的，更不用说60年前计算机时代刚刚开始的时候了。如果我们要想把人类送往火星，要想创建对付罕见疾病的数据驱动疗法，要想点亮智能城市，那么我们就需要一种新的范式，从缓慢的硅处理法转变到超高速的内存处理法。我们管这种方法叫作内存驱动计算，我们正在通过“机器”（The Machine）研究项目来实现这种计算。在我们公司的历史上，“机器”是最重大、最复杂的研究项目。依赖内存驱动计算，我们相信我们能够甩掉60年的妥协，实现专门为大数据时代设计的新型计算方式。

 

　　在全世界范围内，可获取的数据量快速增加，超过了我们的处理能力，而且也使我们增长了见识。想一想其中的讽刺意味：在当今这个时代，连通性和技术的强力前所未有，但是我们许多人却在闭目行事。

 

　　一些人会认为这并不是什么新闻，他们并没有错。好多年前，权威人士早已预测了摩尔定律的终结。不同的是，在惠普，我们通过从头开始彻底改变计算系统最基本的功能来解决问题。这项工作被称为“机器”研究项目，旨在实现我们所称的内存驱动计算。而且，在2016年11月，我们提供了一台原型机。

　　这是如何运行的呢？我们从基础开始解释吧。内存驱动计算通过赋予系统中的每个处理器连接一个巨大的共享内存池的权限而使自身分离，这与当今的系统截然不同――在当今的系统中，相对较小的内存连接着每个处理器，所产生的低效率限制了计算性能。

 

　　由于处理器要去获得不在自身内存中的数据，可以说计算机必须要经过一个低效率的请示步骤：“妈妈，我可以……吗？”一个处理器要想完成任何任务，必须向另一个处理器请求权限。更糟糕的是，存储和内存之间的关系也存在低效性。其实据估计，在当今的计算机中，有90%的运行都耗费于内存层和存储层之间的信息转移上。

 

　　在惠普，我们认为这种状况应该改变。我们想让所有的处理器都同样能够访问一个大型的共享内存池，从而消除所有的来回转移。我们想利用非易失性内存来构建这一内存池。

 

　　我们想让内存成为计算系统的中心，而不仅仅是连接到处理器上的部件。我们相信，内存驱动计算就是解决方案。

　　正如上面提到的那样，内存驱动计算的存储完美无缺，将当今内存技术和存储技术的最佳特性结合起来。我们想要动态随机存取存储器（DRAM）的速度（该存储器在当今的计算机中用来存取数据），还有闪存和硬盘的持久性（非易失性）和低成本。这种方法有另外一个术语――“存储级内存”，该术语正在变得越来越流行。

 

　　惠普正在把按字节编址的非易失性存储器（NVM）推向市场。利用来自“机器”研究项目的技术，该公司开发了惠普持续内存，这是通往按字节编址NVM的一个步骤，而按字节编址的NVM具备DRAM的性能以及在传统的双列直插内存模块（DIMM）外形尺寸条件下基于电池的永久性。公司在惠普ProLiant DL360和DL380 Gen9两种服务器上推出了惠普持续内存。

　　在这种情况下，“组构”是指在计算机系统的不同元件之间促进数据传输的通信工具。

 

　　当今，每个计算机组件都是通过不同类型的互联方式连接起来的：内存是通过双倍数据速率（DDR）连接的，硬盘驱动器是通过串行高级技术附件（SATA）连接的，闪存驱动器和图形处理单元是通过周边装置互连高速接口（PCIe）连接的，等等。

 

　　内存驱动计算采用的方法大不相同：每个组件都使用相同的高性能互连通信协议进行连接。这是构建计算机的一个更简单、更灵活的方式。其速度更快的一个主要原因就是：使用跟访问内存时相同的简单命令――只有“加载”（load）和“存储”（store）两个命令，实现了一次一个字节地访问数据。这样就没有必要移动周边的许多大型数据块，效率就会高得多。

 

　　这种组构是将物理内存包捆绑在一起的工具，形成的巨大内存池位于内存驱动计算系统的中心。在我们于11月份公开的原型机中，运用了我们的组构研究成果。但我们并不是该行业中唯一认识到有必要创建快速组构的团体。我们正在把这些发现提供给一个被称为Gen-Z的行业主导联盟，该联盟的任务是为这类技术制定行业标准。

　　目前的计算系统利用穿行于铜线中的电子在计算组件之间传输数据。问题是塞入铜线的数据太多，高达99%的能量由于放热和笨重的电缆而损失掉了。

 

　　弥补方案是利用光来替代，这一技术叫作光子学。利用微小的激光器，我们可以将数百倍于传统传输的数据塞进光纤带中，而耗费的能量要少得多。此外，光纤也很细小，物理安装也相对容易。在最新的原型机中，我们已经利用光子学互连替代了计算板（被称为“节点”）之间的通信。这个方法使我们能够更加高效、更加快速地传播更大量的数据，而使用的电能更少，占用的空间更小。

 

　　在“机器”研究项目中，对光子学和组构工具的研究将会继续，包括将这些发现划分得更加精细，比如如具体到晶体管本身。

　　即使是最先进的硬件，没有软件也是无用的。全新的内存驱动计算架构并没有什么不同。我们已经编写了无数行代码，使开发人员利用熟悉的编程语言和无处不在的Linux操作系统来掌握内存驱动计算的威力，并强化至“理解”新架构。

 

　　为了帮助开发人员为未来的内存驱动计算系统编写应用程序，我们已经做了许多工作。2016年，惠普启动了和Hortonworks公司Spark内存分析平台的协作，将内存驱动计算的软件推向市场。此外，2016年6月，公司开始在Github托管平台上发布软件包，逐步使开发人员熟悉基于内存驱动新型架构的编程。

　　作为惠普对内存驱动计算研究的一部分，公司的目标是改变我们对当今硬件安全性所持有的观念。从传统上来讲，可以说安全性是跟系统相关联的。新型计算机的设计为把安全性嵌入所有软件和硬件中提供了新机会。

 

　　2016年11月，随着原型机的推出，惠普展示出在所有硬件和软件中嵌入安全性的能力。然而这只是第一步，惠普计划于明年利用新的硬件安全功能推进这项工作，随后在接下来的三年中延伸出新的软件安全功能。从2020年开始，该公司计划将这些解决方案与目前处于研究阶段的其他安全技术结合在一起。