時間：2023-09-19 16:27:39
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇超級計算機技術，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】 超級計算 物理學 研究
1 計算科學的重要性日益凸顯
當前，超級計算已成為繼理論和實驗之后科學研究的第三大研究方法，已經滲透到科學研究與工程設計的各個層面，成為促進重大科學發現和科技進步的重要手段。在一些新興的學科，如新材料新能源技術和生物技術領域，超級計算機已成為科學研究的必備工具。同時，超級計算也越來越多地滲透到能源開發、高端裝備制造等一些傳統產業，以提高生產效率、降低生產成本。金融、政府信息化、企業等更廣泛的領域對超級計算的需求也迅猛增長。現今超級計算是國家科學技術創新發展的關鍵要素，是體現國家科學技術核心競爭力的重要標志，是支撐國家綜合國力持續提升的關鍵領域之一。
同時，應用領域的快速擴展，也對超級計算發展提出了更大需求和更高要求。尤其當代科技對計算的要求越來越高，應用領域要達到全物理、全系統、三維、高分辨、高逼真的建模能力，這一要求已遠遠超過目前的計算能力。這是一個巨大的挑戰，帶來了一系列世界性難題，形成了當代科學計算的學科前沿。正是由于需求的牽引和計算科學自身發展的推動，各發達國家都大力發展超級計算。我國也在《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》、《國家中長期科技發展規劃綱要（2006-2020）》等關系國家戰略發展方向的重要文件都指出，要大力發展新一代信息技術，突破制約高端信息技術產業發展的瓶頸，掌握超級計算、云計算、大數據等核心技術，以應用需求為導向，重視和加強創新，開發支撐和帶動產業發展的技術和關鍵產品，促進產業改造和技術升級。
2 超級計算發展迅速及各國發展戰略
超級計算的核心是超級計算機，超級計算機并沒有明確定義，通常指能夠執行一般個人電腦無法處理的大資料量與高速運算的電腦，具有很強的計算和處理數據的能力，配有多種外部和設備及豐富的、高功能的軟件系統。1976年世界上首臺商用巨型機Cray-1問世，成為超級計算機發展起步的標志。超級計算機發展迅速，截止2013年底，短短37年的時間，性能提升超過100，000，000倍，Cray-1浮點計算性能只有160Mflops（現在普通電腦的性能已達到1，000Mflops量級），而2013年排名世界第一的“天河二號”超級計算機峰值計算速度每秒達5.49億億次（54，900，000，000，000Mflops）、持續計算速度每秒3.39億億次[1]。
從技術發展角度來說，單個CPU性能提升基本滿足“摩爾定律”，也就是每18個月左右CPU性能提升1倍，但是超級計算機性能的提升遠高于高CPU性能提升的速度，基本按指數方式在提升（參看圖1）。超級計算機之所以能獲得如此卓越性能和發展速度，主要得益于并行技術的支撐[2]。
世界上許多國家對計算能力的建設和計算科學的發展都給予了高度重視，不少國家都制定了國家層面的計劃[3，4，5]。
（1）美國：從1970年代起就實施了一系列推動計算科學發展的國家計劃，包括“戰略計算機計劃”（SCP）、“高性能計算和通訊計劃”（HPCC）、“加速戰略計算計劃”（ASCI）、“先進計算設施伙伴計劃”（PACI）等。2005年，美國總統信息技術咨詢委員會（PITAC）的報告《計算科學：確保美國的競爭力》中指出，“二十一世紀最偉大的科學突破將是計算科學所獲得的成就”，建議“聯邦政府、學術界和工業界必須共同制定一個數十年的發展藍圖，在科學和工程學科方面推動計算科學的發展。”并且警告說：“美國現正處在關鍵時刻，如果我們還不高瞻遠矚和承擔自己的義務，長此以往，國家的科學領導地位、經濟競爭力和國家安全后果不堪設想。”2006年，NSF提出了到2010年建設千萬億次計算規模的國家超級計算環境[6]。
（2）歐盟：歐盟“歐洲高性能計算任務組（HET―High Performance Computing in Europe Taskforce）”在2007年1月了歐洲在高性能計算領域的政策框架建議[7]，提出在歐洲建立一個可持續的科學研究超級計算基礎設施，其中包括一個位于“高性能計算生態系統（HPC Ecosystem）”金字塔頂端的千萬億次超級計算機。2010年6月，歐盟在西班牙巴塞羅那宣布啟動一項投入經費5億歐元的計劃，該計劃被命名為歐洲先進計算伙伴關系（PRACE），將聯合歐委會與20個歐洲國家的力量，使歐洲科學家能夠共享其它國家的超級計算機，運算速度將達到每秒1千兆次。通過PRACE計劃，德國的目前歐洲最快運算速度的Jugene將成為第一個為歐洲科學家提供服務的超級計算機。到2015年，位于德國、法國、意大利和西班牙的更多超級計算機將陸續提供類似服務。該計劃將對具有提供超級計算機落戶條件的國家開放[8]。
（3）日本、澳大利亞、韓國等國家都對超級計算能力建設和應用高度重視，提出了國家級計劃。日本在2002年依靠“地球模擬器”、2011年“京”兩次獲得世界排名第一，更是與2013年啟動了“E”超級計算機的研制計劃。
（4）中國：我國科技部的國家863計劃于2006年啟動了“高效能計算機及網格服務環境”重大專項，已連續“十五”、“十一五”、“十二五”三個五年計劃支持我國超級計算發展，先后支持自主百億次、千萬億次、十億億次超級計算機系統研制和應用。同時，我國也于近期啟動了“E”級超級計算機研制計劃。
3 物理研究中重大挑戰性問題需要超級計算來解決
物理學研究是科技發展的重要基礎，經過從近代物理到現代物理數百年的發展，物理學從理論到應用已經形成的比較完善的體系，但是在物理學研究領域面臨的挑戰性問題絲毫沒有減少，而且越來越多的問題已經無法用單純的理論或實驗的方法進行解決，超級計算的發展使得計算在這些重大挑戰性問題的研究中發揮越來越重要的作用。
3.1 高能物理與核物理
在該領域對超級計算的需求來源于兩個方面。
（1）海量實驗數據的分析和處理：以歐洲核子研究組織CERN的大型強子對撞機LHC為例，加速器每秒鐘在檢測器中心產生4000萬次粒子碰撞事件。計算機實時地從這4000萬事件中挑選出100個“好”事件，也就是符合物理學家要求的事件，并以每秒100-1000MB的速度記錄在光盤或磁帶上。加速器將產生空前的數據：每秒產生100MB原始數據，每年將產生需記錄的事件約為1億個，每年的數據量就達到15PB（1015Byte）。存儲這15PB數據量每年需要使用兩千萬張CD，分析則需要使用100萬臺當今最快的計算機處理器。因此，在未來的二十年中，主要的高能物理實驗，特別是大型強子對撞機，產生的海量數據會使高能物理以及計算科學研究面臨前所未有的挑戰。
（2）物質起源、物質相互作用的大規模模擬：在高能物理與核物理層面開展物質起源、物質相互作用研究，需要基于量子色動力學、相對論、量子場論等復雜理論，構建復雜數學模型對夸克、膠子、質子、中子等粒子進行大規模數值模擬，從而得到有價值的模擬結果來指導實現或理論研究，但這些大規模計算工作，必須要依賴超級計算的支撐。
3.2 材料物理
材料的組成、結構、性能、服役性能是材料研究的四大要素，傳統的材料研究以實驗室研究為主。但是，隨著對材料性能的要求不斷的提高，材料學研究對象的空間尺度在不斷變小，只對微米級的顯微結構進行研究不能揭示材料性能的本質，納米結構、原子像已成為材料研究的內容，對功能材料甚至要研究到電子層次。因此，僅僅依靠實驗室的實驗來進行材料研究已難以滿足現代新材料研究和發展的要求。然而計算機模擬技術可以根據有關的基本理論，在計算機虛擬環境下從納觀、微觀、介觀、宏觀尺度對材料進行多層次研究，也可以模擬超高溫、超高壓等極端環境下的材料服役性能，模擬材料在服役條件下的性能演變規律、失效機理，進而實現材料服役性能的改善和材料設計。因此，在現代材料學領域中，隨著計算材料學的不斷發展，“計算實驗”作用會越來越大，已成為與實驗室的實驗具有同樣重要地位的研究手段。
3.3 流體力學
計算流體力學從20世紀中葉快速發展起來，目前已成為國際上一個強有力的研究領域，是進行傳熱、傳質、動量傳遞及燃燒、多相流和化學反應研究的核心和重要技術，廣泛應用于航天設計、汽車設計、生物醫學工業、化工處理工業、渦輪機設計等諸多工程領域。計算流體力學領域最復雜、最具挑戰性的問題是湍流的直接模擬，其一直受到計算機速度與容量的限制。主要困難在于湍流脈動運動中包含著大大小小不同尺度的渦運動，其最大尺度L可與平均運動的特征長度相比，而最小尺度則取決于粘性耗散尺度，即為Kolmogorov定義的內尺度，其尺度的比例隨著雷諾數的升高而迅速增大。目前已經證明，直接數值模擬的計算量與雷諾數的三次方成正比。鑒于這些原因，目前直接數值模擬的雷諾數與實際的復雜流動還差好幾個量級。即使目前最快的超級計算機也只能開展有限條件下的湍流直接模擬。
3.4 大氣物理
大氣物理是研究大氣的物理現象、物理過程及其演變規律的學科，重點應用在數值氣象預報和氣候變化研究領域。氣象預報基于大氣物理等研究成果，形成可進行氣象預報的業務系統，基于超級計算系統進行短期內時效性數值預報，因此為了保證給出更長時間的可靠預報，并保障預報結果及時，要求超級計算平臺提供高性能、穩定的計算資源。氣候變化基于大氣物理開發的模式，依托超級計算系統進行長期的氣候變化預測研究，由于氣候變化研究成效越來越依賴于模擬覆蓋區域范圍及網格精度，而且模擬時限要達到數百年甚至上千年，因此它對超級計算平臺的計算性能、數據訪存性能、任務可擴展性都提出了挑戰。氣候氣象領域是超級計算應用的傳統領域，也是促進超級計算發展的重要動力。
3.5 地球物理
地球物理學是地球科學的主要學科，用物理學的方法和原理研究地球的形成和動力，研究廣泛系列的地質現象。地球物理傳統上又分為小地球物理和大地球物理，小地球物理主要是指油氣等能源勘探過程中的地球物理研究，大地球物理主要是指側重地質構造、地震及涉及水圈和大氣層的系統性、大尺度研究。油氣能源勘探中的地震法勘探數據的三維成像處理具有計算密集、訪存密集、處理數據規模大等特點，需要大規模超級計算平臺為支撐，特別是逆時偏移處理RTM、全波形反演FWI等新興技術的發展，更是為超級計算發展提出了挑戰。大地球物理研究領域的計算處理，雖然精度要求沒有小地球物理高，但是由于系統尺度更大、系統更復雜，計算能力需求甚至更大。
3.6 天體物理與天文學
在天文學研究領域，不論是大規模天文觀測數據處理，還是天文數值模擬領域都產生了大規模計算需求。現在我們已經進入精確天文學研究時代，數值模擬正扮演越來越重要的角色，為了開展宇宙演化模擬，美國、歐洲等開展的并行模擬規模達到了上萬處理核心，產生的模擬數據超過100TB量級，其自身模擬計算和后續數據處理都需要超級計算平成。而在天文觀測領域，現在大的天文望遠鏡系統每天采集的數據已經超過TB量級，而未來的SKA等系統每天觀測數據會達到PB（1PB=1，000TB=1，000，000GB）級，必須用超強性能的超級計算系統來完成數據處理。
歸結起來，物理學研究對超級計算帶來的需求和挑戰主要體現在四個方面：超強的計算性能，高速的互聯通信網絡，良好的數據訪存（I/O），海量存儲能力。新興的超級計算技術正在努力從不同方面解決上面所面臨的重大挑戰。
4 新興超級計算技術將為物理學研究帶來新的挑戰與機遇
隨著以“天河一號”、“星云”等為代表的國產千萬億次異構超級計算機的研制成功，中國也成為繼美國之后世界上第二個能夠研制千萬億次超級計算機的國家。“天河一號”率先采用CPU+GPU異構架構，成為世界上首臺異構架構的千萬億次超級計算機。新型的異構體系架構使超級計算機在性能、體積和功耗等方面取得的巨大進步，使中國成為全球當代異構融合超級計算機技術的典型代表。由于傳統CPU受制作工藝和功耗限制，芯片單位面積內集成的晶體管已接近上限，在計算性能和功耗等方面有更有優勢的GPU、MIC等加速芯片越來越多地應用于高性能計算，2013年世界排名前十中，已有近一半采用異構架構，因此異構架構成為超級計算機發展的主流趨勢。
我國超級計算機的計算能力取得了突飛猛進的發展，旺盛的計算需求和日益成熟的高性能計算機技術極大地促進了高性能計算在各個領域的應用。然而我國超級計算機實際可有效利用的處理器核數相對較少，高性能計算應用軟件的研發水平和性能水平與硬件相比相對滯后，如何高效利用以“天河一號”、“天河二號”為代表的超級計算機，成為物理學研究等領域的挑戰。因為，新型體系架構的高性能計算實現，需要適應其體系架構的高性能軟件的支持，在物理學研究領域，大量軟件是歷史積累軟件，這就需要在新型編程框架、功能完善的開發及支持環境方面不斷完善。
同時，異構體系架構超級計算機的發展，也給物理學研究帶來了新的機遇。計算物理學研究領域，受超級計算能力制約，大量問題被簡化、被分割，無法系統、全面的研究，新型體系機構的超級計算機實現了整體性能的大幅提升、功耗降低、穩定性增強等優勢，為物理學研究帶來了更強大的工具。
隨著超級計算技術的不斷發展和完善，與計算在物理學研究中作用的不斷增強，超級計算與物理學研究的結合，必將產生更多影響人類社會發展的重大成果。
參考文獻：
[1]http：///
[2]Parallel Supercomputing： Past， Present and Future， The Wall Street Journal， Irving Wladawsky-Berger， August 2，2013.
[3]http：//.cn/server/jssc/htm2007/20070516_259532.shtml.
[4]http：//.cn/article/2007/0517/A20070517592681.shtml.
[5]我院超級計算需求及布局研究，中國科學院超級計算專家委員會，2007年7月20日.
[6]Leadership-Class System Acquisition - Creating a Petascale Computing Environment for Science and Engineering（美國科學基金會建造千萬億次計算環境計劃），2007年3月.
紐約Lime經紀公司COO約翰?賈考布著文稱，現在高頻股票自動交易規模迅速擴大，但是有的炒股商并未經過驗證是否持有保證金，實際上是買空賣空。他告誡要防止出現“多種形式的多米諾式破產”，而不受約束的計算機處理股市交易可能對美國國家市場體系帶來災難性的損失。
世界金融危機充分暴露了美國經濟結構的弱點：重虛擬而輕實體。或也正因此，在經濟遭到重創后，美國金融產業很快恢復元氣。2010年前3季度，銀行連續盈利，第三季度凈利145億美元，遠遠超過上年同期的20億。尤其是股票大經紀公司，炒股規模空前膨脹獲得豐盈。其主要玄機之一是投資公司利用超級計算機以光速高頻自動處理股市交易，以微小的差價購進、出手海量股票，瞬息之間巨額利潤入賬。
僅以設于新澤西州紅岸市的Tradeworx對沖基金和金融技術公司為例，它利用預先編制的算法(algorithms)和超級計算機，一般每天自動高頻進出6000萬到8000萬股股票。大量交易在下午三至四點之間進行，盈利多達上億美元。公司主管馬諾杰?納倫說，公司可在1秒鐘之內做成數千筆交易，一般情況下，股票只保留數分鐘即出手。納倫說，該公司屬于美國50家高頻交易大公司中的中等水平。公司同時利用超級計算機及時收集全國股市信息，分析行情趨勢，以作出正確對策。它也可以把海量交易化整為零，分化成多筆300到500股小筆交易，用以迷惑競爭對手，使其難以摸透公司意向。
在Tradeworx總部，靜謐異常，員工總共僅12人，他們都是拔尖院校的高才生，擁有理、工科和數學學位。每天上午一上班，就可處理1500萬股交易，而無需動口，這里同喧囂的紐約證券交易所相比真是兩重天，堪稱運籌帷幄，日進斗金。
5年前自動股市交易約占市場的30％，交易速度也慢得多，現在已占到61％，交易速度由于超級計算機技術升級而倍增，紐約證券交易所處理的股市交易量已由2005年的80％下降到現在的40％。現在在股市取勝之道主要依靠虛擬技術水平和超級計算機的功能。為此紐約證券交易所已于2010年春遷移至新澤西州馬沃市，它在該市修建了有40萬平方英尺的數據中心，配置的超級計算機運算速度達400億次／秒，每秒可處理100萬條信息，足以解決全球所有股市的每筆交易結算。另據報道，設在新澤西州東塞托凱特市的復興技術對沖基金公司宣稱，它的計算能力堪同美國主要核武器研制中心之一的勞倫斯?利弗莫爾國家實驗室的超級計算機比肩。要知道，為了模擬核爆炸，美國速度最陜的超級計算機首先可是部署在該所。
隨著計算機性能的提高，10年前股民做500股高頻交易需要付費150美元，現已降為10美元。自動高頻交易成為了股市交易方式的主流，但股市已為少數大戶所操縱。據咨詢公司Tabb集團估計，美國全國交易所每日處理10多億股票，其中自動高頻交易于2009年頭蚧月盈利80億美元。高頻股市交易明顯助長了炒股大戶在股市興風作浪的不法行為。參議員愛德華?考夫曼擔心“美國股市正被少數大投機商利用政策的空子盈利”。國會證券交易委員會正在研究如何限制“閃電股票交易”。
牛津大學金融數學計劃倡導人保羅?韋爾蒙特指出，現在股市交易規模愈來愈大，成交速度愈來愈快，參與股民愈來愈多，而且趨向一個模式交易，這很容易導致“股市暴跌”。美國金融IT專家伯納德?杜納弗認為，這種交易模式很可能導致出現1987年式小規模股市暴跌，當時股價一天猛降22％。而且人為的機器操作差錯，比如重按一次機紐或編碼出現紕漏，在數秒鐘之內可使股市出現震蕩，或者無股票可售，釀成大禍。
即便是高頻股市交易商本人也對不測后果憂心忡忡。紐約Lime經紀公司首席營業官(COO)約翰?賈考布于2009年著文稱，現在高頻股票自動交易規模迅速擴大，但是有的炒股商并未經過驗證是否持有保證金，實際上是買空賣空。他說服務器的算法每秒可處理1000筆交易，一旦出現人為差錯，在2分鐘內可錯誤處理12萬筆交易，如果每筆1000股，每股均價20美元，這就會造成24億美元的意外交易。他告誡要防止出現“多種形式的多米諾式破產”，指出“不受約束的計算機處理股市交易可能對美國國家市場體系帶來災難性的損失。”
超高速計算機采用平行處理技術改進計算機結構，使計算機系統同時執行多條指令或同時對多個數據進行處理，進一步提高計算機運行速度。超級計算機通常是由數百數千甚至更多的處理器(機)組成，能完成普通計算機和服務器不能計算的大型復雜任務。從超級計算機獲得數據分析和模擬成果，能推動各個領域高精尖項目的研究與開發，為我們的日常生活帶來各種各樣的好處。最大的超級計算機接近于復制人類大腦的能力，具備更多的智能成份.方便人們的生活、學習和工作。世界上最受歡迎的動畫片、很多耗巨資拍攝的電影中，使用的特技效果都是在超級計算機上完成的。日本、美國、以色列、中國和印度首先成為世界上擁有每秒運算1萬億次的超級計算機的國家，超級計算機已在科技界內引起開發與創新狂潮。
二、
計算機的發展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從1944年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術迅猛發展，傳統計算機的性能受到挑戰，開始從基本原理上尋找計算機發展的突破口，新型計算機的研發應運而生。未來量子、光子和分子計算機將具有感知、思考、判斷、學習以及一定的自然語言能力，使計算機進人人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術革命，對人類社會的發展產生深遠的影響。
三、新型高性能計算機問世
硅芯片技術高速發展的同時，也意味看硅技術越來越接近其物理極限。為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發新型計算機，計算機的體系結構與技術都將產生一次量與質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等，將會在二十一世紀走進我們的生活，遍布各個領域。
1.量子計算機
量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是基于量子效應基礎上開發的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態，利用激光脈沖來改變分子的狀態.使信息沿著聚合物移動.從而進行運算。量子計算機中的數據用量子位存儲。由于量子疊加效應，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此，一個量子位可以存儲2個數據，同樣數量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠實行量子并行計算，其運算速度可能比目前計算機的PentiumDI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數據的能力外，量子計算機還將對現有的保密體系、國家安全意識產生重大的沖擊。
無論是量子并行計算還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。目前已經提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。量子編碼采用糾錯、避錯和防錯等。量子計算機使計算的概念煥然一新。
2.光子計算機
光子計算機是利用光子取代電子進行數據運算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數字計算機，以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。在光子計算機中，不同波長的光代表不同的數據，可以對復雜度高、計算量大的任務實現快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎上呈指數上升。
3.分子計算機
分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。轉換開關為酶，而程序則在酶合成系統本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環境下，甚至在生物有機體中運行，并能以其它分子形式與外部環境交換。因此它將在醫療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發揮無法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動機模型、仿生算法、分子化學反應算法等幾種類型。分子芯片體積可比現在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計算機完成一項運算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數據。分子計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質分子，所以分子計算機既有自我修復的功能，又可直接與分子活體相聯。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎元器件，可在光照幾萬分之一秒的時間內產生感應電流。以色列科學家已經研制出一種由DNA分子和酶分子構成的微型分子計算機。預計20年后，分子計算機將進人實用階段。
4.納米計算機
納米計算機是用納米技術研發的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質地堅固，有著極強的導電性，能代替硅芯片制造計算機。“納米”是一個計量單位，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從20世紀80年代初迅速發展起來的新的前沿科研領域，最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產品。現在納米技術正從微電子機械系統起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構成一個系統。應用納米技術研制的計算機內存芯片，其體積只有數百個原子大小，相當于人的頭發絲直徑的千分之一。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。美國正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發揮電子開關、放大和晶體管的功能。專家預測，10年后納米技術將會走出實驗室，成為科技應用的一部分。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計算機，推動計算機行業的快速發展。
我們相信，新型計算機與相關技術的研發和應用，是二十一世紀科技領域的重大創新，必將推進全球經濟社會高速發展，實現人類發展史上的重大突破。科學在發展，人類在進步，歷史上的新生事物都要經過一個從無到有的艱難歷程，隨著一代又一代科學家們的不斷努力，未來的計算機一定會是更加方便人們的工作、學習、生活的好伴侶。
參考文獻：
[1]劉科偉，黃建國.量子計算與量子計算機.計算機工程與應用，2002，(38).
[2]王延汀.談談光子計算機.現代物理知識，2004，(16).
[3]陳連水，袁鳳輝，鄧放.分子計算機.分子信息學，2005，(3).
[4]官自強.納米科技與計算機技術.現代物理知識，2003，(15).
[5]張鎮九，張昭理.量子計算機進展，計算機工程，2004，(4).
EW：回溯近20年來中國超級計算機的發展歷程，你覺得中間哪幾個重要轉折點不能不提？
LJ：20年前，中國高性能計算機是被西方禁運的，而現在我們已經基本實現了自主可控。這其中經歷了四個階段：第一個階段是上世紀90年代中期，我們只能實現軟件層面的自主，器件層面還是大量采購國外的部件來做機器。這也是現在中國高性能計算機生態環境不好的緣由之一，無法標準化，導致很多應用有問題，在商業化市場上，大家習慣的軟件很難被應用。
第二個階段是上世紀90年代后期，國家開始重視工業通用標準，很多器件甚至軟件就都得用國外廠商的，離自主又遠了一點。那個時候大部件都通過進口，就像汽車，可能分成幾大塊進口，只在國內組裝。
第三個階段是本世紀初期。2005年，我們就開始大量地把過去從國外進口的大部件自己進行設計。大概到2007年、2008年的時候，這些大部件已經完全可以自己設計，但是核心的那些器件、軟件模塊還是用國外的，這個問題一直延續到今天。
第四個階段就是要真正地實現對所有技術的掌握和突破，而且讓它能和今天的工業通用標準很好地銜接。如果最后這一步走出去了，我想中國這個產業就能跑到全球的潮頭。
EW：目前中國超算行業格局是怎樣的？
LJ：國內有三支隊伍在做：國防科技大學、江南計算所、中科曙光。其他兩家更多地可能是在某一領域去完成它的任務，它們能獲得很多國家的資源支撐。而曙光則是跟外國企業在市場上靠商業競爭，且人力成本要高于其他兩家。企業的特點是，它做什么東西，都要有市場價值。
在核心優勢方面，國防科技大學有很好的網絡技術，在自主高性能互聯網絡方面也非常獨到；江南計算所有很好的CPU技術，在其他自主技術方面也很好；曙光則有很好的應用架構設計能力、工程設計能力、用戶推廣能力等，此外，曙光是三家機構中唯一完全市場化運作的企業，在商業化方面，曙光是做得比較好的，更加注重高性能計算機的產品化和市場占有率。
在與國際上的IBM等公司的市場競爭中，我們的策略是，產品做好、技術做好、做得穩定可靠，讓機器好用又耐用，價格適中。市場競爭就是這么回事。
EW：中科曙光在超算業務上有哪些關鍵產品？
LJ：十多年前，“曙光4000A”是中國第一個進入全球高性能計算機TOP500排行榜且位列前十名的系統。這對于那時的我們來說，已經是非常好的成績了，因為從過去的默默無名，突然排到了前十。后來到“曙光5000A”，也是排到了全球前十名。在“曙光6000”出來的時候，已經是全球第二名。“曙光6000”的設計目標是市場化的需求，所以它的應用非常好用，裝在深圳超算中心，一年能收取兩個億的服務費，非常完美。
現在，曙光新一代高性能計算機正在研發。它是一款面向某一類特殊應用的機器，比如氣象、航空航天等，大概明年就能完成。它針對某一族應用去做優化，因為不同類型的應用所需的架構都不一樣。曙光新一代高性能計算機經歷了長時間研制的原因就在于，它不斷地根據應用的變化在調整。
EW：之前《華爾街日報》 報道“神威?太湖之光”時曾稱，中國的超算已經超過了美國。對此，你怎么看？
LJ：雖然中國的“神威?太湖之光”的性能超過了美國現有計算機的性能，但這個性能是指Linpack的性能，這個話得說嚴謹。
從行業角度來說，我不認為中國超算已經超越美國。美國超算做得非常扎實，它的機器跟應用匹配著做，應用層面我們盡管在快速追趕，但仍然稍有脫節。系統和應用的結合、和應用的匹配，這是最重要的。這也是我們現在跟人家相比最大的短板：一方面，中國超算對應用的支持還不是很好；另一方面，它的應用領域也太窄，僅限于科學計算，還沒有延伸到信息服務領域中去。
“神威?太湖之光”雖然在TOP500中已經排名第一，但它是獨立自己做的CPU，很多市面上的應用它跑不了，而且本身架構不適合做信息的處理，它主要還是在解方程。
EW：能否詳細講述一下，超算是如何應用在這些科學尖端領域的，對我們日常生活又有哪些影響？
LJ：超算在包括航空航天、石油、電力、水利、生物、制藥、環境、國防、教育、醫療、金融、電信、政務、互聯網、云計算等各個領域都有著廣泛的應用。在這些領域，以數字形式存在的海量信息，只有依靠這種大型計算機，才能進行處理和分析。
在尖端科學領域，以氣象為例，由中科院大氣物理所、曙光公司、中科院計算所、中科院計算機網絡信息中心聯合研發和創制的“地球數值模擬裝置”原型系統，讓科學家可以實現對大氣、洋流、地殼、生態等的仿真研究，用于還原或預測地球自然變化過程，可用于應對全球變化、防災減災和環境治理等問題。
此外，2013年“嫦娥三號”在月面成功軟著陸。這個過程中，曙光高性能計算機對“嫦娥三號”的軌道設計、實時計算、預報等也起到了非常重要的保障作用。
再舉幾個跟我們日常生活相關的例子。高性能計算集群能夠助力霧霾預報，通過對污染源、區域污染數據的精細化分析，為污染防控提供決策指導。如大家熟悉的去年9月抗戰勝利 70 周年閱兵期間的“閱兵藍”和G20的“西湖藍”都是基于超算的預測分析和追因溯源才得以實現的。
去年閱兵期間，以曙光高性能計算集群為核心的中國環境監測總站針對京津冀及周邊區域大氣污染過程進行不少于未來7天的預報預警、潛勢預測以及污染源貢獻追因。今年9月在杭州舉辦的 G20，曙光高性能計算機系統建立了適用于浙江省及杭州市的區域空氣質量數值模型。利用這個模型，再結合氣象條件、監測數據和大氣污染物排放清單，制定了 G20 峰會空氣質量保障控制措施。
從超算到E級超算
EW：時下超算已成為深度學習的引擎。曙光在人工智能方面有哪些想法？
LJ：當我們把這個超級計算機的應用擴展到信息服務、信息處理這個領域，包括大數據平臺，大數據的處理、分析、挖掘，再加上一些新的技術，它就變成了人工智能，變成了可以通過機器去深度地學習。它的脈絡就是這么過來的。不過，對于人工智能來說，雖然計算能力很重要，但更重要的還是算法、模型、軟件等。二者相結合，加上市場上有商業利益驅動，我相信會發展得非常快。
對曙光自身來說，今年4月跟寒武紀簽約合作，此前也跟如NVIDIA、致生聯發等公司在人工智能方面有合作。以寒武紀為例，它的芯片技術在人工智能領域是比較優秀的，但因為人工智能的應用領域很廣泛，只一個寒武紀是不行的，所以我們也在積極地跟其他企業尋求合作，面向E級機開發新一代的所謂的加速部件。比如，我們還跟NVIDIA一起合作進行這方面的研究，以便讓我們的E級機在推出的時候能有非常好的面向人工智能應用的性能。
EW：“十三五”規劃里面，國家對E級超算十分重視。研制E級超算的時間表是怎樣的？
LJ：大型計算機的研制周期平均約為3～5年。E級超算還有一段相當長的路要走，計劃在2020年去完成一臺有百億億次計算能力的機器，其研發經費預計約為30億元。
預計在2018年，能夠拿出一個原型系統。它是一個縮小比例的、1/16計算能力的機器，但內部構造基本相同。按照預期目標，該原型系統能效比為10GFlops/W以上，保證可擴展至10萬節點、PUE（Power Usage Effectiveness，是評價數據中心能源效率的指標）低至一定水平。在完成原型機的過程中，所有相關的技術就基本都完成了，再花兩年左右的時間進一步完善，然后把規模做大。
在“十三五”規劃里面，江南計算所、國防科技大學、中科曙光三家會一起來推動E級超算。最后根據對這三家原型系統的評估，誰的架構最優就以誰為主，另外兩家合作。比如“十二五”規劃的無錫那臺超級計算機，雖然主計算分區是由江南計算所搭建，但服務分區是曙光搭建的。
EW：如今在全球范圍內超算性能排第一的“神威?太湖之光”，它的性能峰值達到了125Pflops。如果再邁到E級超算，性能再提高一個數量級，會不會面臨性能過剩而應用跟不上的情況？
LJ：現在的問題就是超級計算機的技術發展正面臨左右兩難的狀況。很多超級計算機一味地去追求性能，而這種性能的測算體系是以一道題做基準去測出來的。比方如Linpack，它是一種數學方法，解一個方程組，看誰用的時間短，決定它的效率。但是在今天看，這一臺大型計算機會解方程組，不代表它會做別的，超級計算機在面對不同算法、不同應用時，效率差距極大。
100Pflops級別的性能已經很好了，而未來的E級機，性能又高了10倍，如果依然像現在這樣，應用層面依然做不好的話，等于弄了一堆廢鐵，肯定是不行的。所以要在追求應用靈活性、廣泛性的基礎上，兼顧它的性能峰值，這才是未來的方向。
EW：相較你剛才提到的Linpack測試，有沒有更加能反映機器實際性能的測試方法？
LJ：Linpack的方法已經使用20年了。在20年前，因為超級計算機的應用領域很窄，基本上是以解代數方程為最主要的應用，所以那時的測試方法就用了Linpack。可是在今天，超級計算機的應用已經五花八門，用一個指標已經不能完全衡量其性能了。現在又出來如HPCG等一系列的測試方法，它們是一個綜合體系，用一組應用進行測試，每個應用的測試結果最后進行加權，用一個算法平均出其綜合的性能，這就更容易反映機器在復雜應用環境里面的真實性能。
EW：之前“神威?太湖之光”能效比是6GFlops/W，而按照當前國際公認標準， E級超算的能效比至少要達到50GFlops/W。實現這一跨越，會面臨哪些方面的困難？
LJ：整個計算機里面，最耗電的就是CPU，其他如內存等相對耗電量很小。對于我們來說，似乎唯一的方法就是在相同功耗的情況下提高芯片的性能，或者說提高它的集成度。現在芯片都是用28納米的工藝，很快就要用到14納米甚至7納米的工藝。在摩爾定律下，線寬越來越窄，它集成電路的數量就越來越多，并行起來的性能就越來越高。
此外，業界也有討論用異構加速或異構綜合的方式來降低功耗。目前有大量的算法是通過軟件迭代來產生結果的，耗時非常長。異構加速這種加速部件，里面是硬件的CPU單元，它用硬件來處理一些特定的應用，能將耗時的、效率很低的東西，更高速地去進行處理和計算。未來超級計算機的架構，既要滿足工業的通用標準，又要滿足性能要求，這種異構的通過高性能加速部件來構成的超級計算機，在我看來是未來的主流。
最后，在能耗這方面還有一個名詞叫PUE，“1”是最好的，我們追求的目標就是讓它趨近于1，即不需要花額外的能耗去處理冷卻的問題，這是一個終極目標。我想，我們的E級機在這個上面會有重要的突破，讓PUE趨近于“1”，讓機器自己來冷卻自己。
EW：與現在相比，E級超算在應用層面會有哪些不同？
LJ：一方面，現在的超算在應用層面問題依然突出；另一方面，不同用戶對應用的需求也不一樣。這都是我們正在面臨的挑戰。
但在E級超算出來后，通過軟件定義系統，一個大機器可以分成若干個適應不同應用的區域，通過軟件來定義這個區域。比如如果是人工智能應用的話，我們的加速部件的性能和數量就要更多，這樣的話，就可以通過軟件在實時應用場景下去重新配置這個機器，讓它更適合這類應用。
這樣一來，在應用層面將幾乎沒有限制。在全球范圍內，99%的科學計算應用，它都能良好地支持；同時能夠支持采用全球工業通用標準的云計算、大數據，云服務、云存儲等方面的應用。如果騰訊愿意，甚至微信也可以在這上面得到支持，但這里面就涉及一系列的技術，不在芯片上做文章是很難實現的。
戰略布局再縱深
EW：國產芯片這個行業，它跟國外的差距到底有多大？
LJ：這就是全面的差距了。英特爾從1968年就開始了。在這幾十年當中，數千億美元、數萬名工程師的投入，才造就了他們的現在。中國的龍芯是1998年開始，差30年，投入了數億元人民幣、數百名工程師，這個差距是顯然的。但是從趨勢上來看，國內芯片行業是越來越好了。
EW：未來在E級超算研發方面，中科曙光還有哪些重要舉措？
LJ：我們目前一系列的技術創新都圍繞著E級機在展開，這里面包括高性能的冷卻系統、高性能的網絡、高性能的計算部件等，都有不同的團隊在工作。預計到明年年底，可以公布成果。
EW：這些團隊的人才從何而來？
LJ：這里面就有中科院的優勢，人才是中科院對這個產業的重大貢獻之一。超算這個東西不僅要懂計算機，還得懂化學、力學等各個學科的知識，才能去幫助人家做一些事。而中科院有那么多不同領域的研究所和學習不同學科的學生，我們會從各個研究所找來這些跨界的人才。
EW：除了高端計算機，中科曙光其他業務現在發展得如何？
LJ：在存儲方面，像今天互聯網的應用，大規模的、高可靠性的數據存儲，是并行存儲的。曙光有一個分布式存儲系統，完全自主，性能也非常好。這個東西我們做了接近10年的時間，一直在不斷地發展，存儲業務營收今年上半年增長了14.53%。另外，我們在信息安全等領域也都有不同的團隊在做。
EW：據8月23日公布的中科曙光2016年中報，軟件、系統集成及技術服務營收增速比較快，相較上年，增幅達到了60.63%。這和云計算以及智慧城市發展有關系嗎？
LJ：有關系。2008年，我們在成都建立了全國第一個云計算中心。后來，隨著我們“數據中國”戰略往前發展，目前，曙光已在全國20多個城市建成了云計算中心，運行的政務應用和智慧城市應用種類超過了1000個。此外，中科曙光已經參與了30多個城市云的建設，匯集數據達30多PB。城市云和行業云的建設使得公司在全國范圍初步建成了一個云數據服務網絡。
包括云計算，包括大數據，市場上也有其他的一些公司在做，但中科曙光有自己的優勢：第一是軟硬件的體系，都是我們自己的，這使得我們能夠更高效、更快速地提供更優質的服務；第二是我們的城市云，它不是萬金油，而是完全針對這個城市的應用需求去設計，所以它涉及的目標極其明確，是非常收斂的系統。
EW：你是如何定義智慧城市這一概念的，它能夠幫助人們改變生活中的哪些事情？
LJ：我們不叫智慧城市，就叫城市云――城市的數據體系。今天所謂的人工智能大部分是基于歷史的數據記錄，然后去預測未來，這樣的人工智能，僅僅靠數學模型，它的精度還比較差。
我們的“數據中國”戰略希望把超級計算機技術、今天的云計算技術以及大數據處理技術能做一個充分地融合。我們打算在各處，比方說在全國，在百個城市分別建立以城市云計算中心為載體的一個城市大腦，把一個城市所有信息放在里面，形成一個大的數據平臺。
這個數據平臺是一個可視化地理信息系統，簡單來說就是一張大地圖，在地圖上有各種數據，這些數據分為不同的圖層，一類數據就是一個圖層，比如，老年人的住址、公交路線數據、天氣狀況等都可以成為一個圖層。
在這樣的大數據體系里面，通過應用把不同圖層之間的數據聯系起來，這些數據就像真的神經元，等這樣的神經元聯系建立得足夠多，它就是個大腦了。今天已經能使用一些了，但還要邊使用邊完善，這是一個動態的過程。
EW：之前曙光還提出過“云和計劃”，這是怎樣一個體系呢？
LJ：在城市云的推動過程中，一家企業的力量還是太單薄了，所以我們希望在一個城市里面找到合作伙伴，能夠并行地處理一些事。我們自己做，一年建設5個、7個已經是很大的工作量了，但請一些合伙人一起建設，這樣能快一點。曙光也會為加盟者提供統一規劃設計，包括當地智慧城市項目的頂層設計、技術架構，以及城市云中心的業務范圍、發展規劃等方面。
EW：在信息安全方面，目前國內整體發展狀態是怎樣的？
LJ：我們以前提“全面自主”，但全面自主并不意味著安全。現在已經開始提“安全可控”。信息安全這個東西最重要的一點是可控。可控指的是，發現問題后，我們有對策解決。對于我們產業界來說，就是要有自己的設計能力，這樣一來，應對安全威脅的能力就大幅度提高了。
此外，安全也分不同的級別。不同的部門，不同的機構，對安全級別的要求千差萬別。比方說國家的機要系統，對安全級別要求較高，而信息安全的威脅其中之一就是入侵，通過你的各種漏洞，軟件的漏洞、硬件的漏洞入侵，去偷走你的數據。對這些系統來說，使用龍芯的機器就很難入侵，因為那些入口別人都不知道，因為標準是我們自己的而非通用的。不過，需要這一安全級別的機器占比不多，曙光的產品中每年約1萬臺，占比不到10%。
EW：對于超算來說，安全也是很重要的一個方面嗎？
LJ：超級計算機最重要的追求倒不是信息安全，它更多的是從產業安全的角度出發。比如，在“神威?太湖之光”之前的“天河二號”使用了英特爾公司研發的芯片，而去年出臺的一項美國出口禁令使該系統未能獲得升級所需芯片。現在要做的就是，突破這些技術，達到自主可控。如果再給你禁運怎么辦？不怕，可以自己做。
關鍵詞： 網格技術 計算機 因特網 研究與應用
當今計算機網絡已成為人們工作、生活不可或缺的一部分，計算機網絡特別是Internet的出現使人類文明進入了一個新時代，它不僅使人們從日常繁雜的事務性工作中解脫出來，而且大大提高了勞動生產率。
一、網格技術出現的背景
因特網（Internet）始建于上世紀60年代，從60年代至80年代，互聯網的典型應用是收發電子郵件、傳輸文件、文字新聞及言論等，我們稱之為第一代互聯網。進入20世紀90年代后，歐洲高能物理研究中心發明了超文本格式，把分布在網上的文件鏈接在一起。這樣用戶只要在圖形界面上點擊鼠標，就能從一個網頁跳到另一個網頁，不僅可以看到文字信息，而且可以欣賞到豐富多彩的圖片、聲音、動畫等多媒體信息。這個階段的互聯網被稱作環球網（又叫萬維網），它用超文本和多媒體技術改造了第一代互聯網，被稱為第二代互聯網。第二代互聯網雖然比第一代互聯網先進了許多，但它也暴露出了嚴重的弱點。一方面，由于Internet在早期缺乏規劃，造成了IP地址分配“貧富不均”的現象，將嚴重制約互聯網的發展。另一方面，互聯網上的信息未經過有效的規范和整理，使用起來非常不方便。
克服第二代互聯網所暴露問題的一個角度就是發展網格技術，來更好地管理網上的資源，將之虛擬成為一個空前強大的一體化信息系統，在動態變化的網絡環境中，共享資源和協同解決問題，從而讓用戶從中享受可靈活控制的、智能的、協作式的信息服務，并獲得前所未有的使用方便性和超強能力。
二、網格的發展歷史
網格的思想早在1960年就被提出來了，但對網格的大規模研究只是近十年的事。以超級計算機為中心的計算模式存在明顯的不足，超級計算機雖然是一臺處理能力強大的巨無霸，但它造價極高。通常只有一些國家級的部門，如航天、氣象等部門才有能力配置這樣的設備。隨著人們日常工作遇到的商業計算越來越復雜，人們越來越需要數據處理能力更強大的計算機。然而，超級計算機的價格阻止了它進入普通人的工作領域。于是，人們開始尋找一種造價低廉而數據處理能力超強的計算模式，最終科學家們找到了答案――網格計算。
網格技術是近年來國際上信息技術領域的熱門課題。因此目前許多組織開發了支持網格計算的系統。我國同世界其他各國政府一樣，為大幅度地提高我國的綜合國力和國際競爭能力，對于網格的建設也十分關注，同時在網格計算方面做了大量基礎性和前瞻性研究工作，并在863專項中提出了具體的目標，專項確立了“戰略與系統綜合研究”、“高性能計算機”、“網格結點”、“網格軟件”和“應用網格”五個方面的課題。
三、網格的概念
網格就是一個集成的計算與資源環境，能夠吸納各種計算資源，并將它們轉化成一種隨處可得的、可靠的、標準的、經濟的計算能力。除了各種類型的計算機，這里的計算資源還包括網絡通信能力、數據資料、儀器設備，甚至是人等各種相關的資源。基于網格的問題求解就是網格計算，其應用包括分布式計算、高吞吐量計算、協同工程和數據查詢等諸多功能。
網格是借鑒電力網的概念提出來的，網格的最終目的是希望用戶在使用網格計算能力時，就如同現在使用電力一樣方便。我們在使用電力時，不需要知道它是從哪個地點的發電站輸送出來的，也不需要知道該電力是通過什么樣的發電機產生的。不管是水力發電，還是通過核反應發電，我們使用的是一種統一形式的“電能”。網格也希望給最終的使用者提供的是與地理位置無關、與具體的計算設施無關的通用的計算能力。
清華大學李三立院士將網格與寬帶網絡作了比較，他說:“將先進計算基礎設施（即網格）與信息高速公路（寬帶網絡）相比較，可以說，信息高速公路是信息傳輸和獲取的信息基礎設施；而先進計算基礎設施則是信息處理的信息基礎設施。雖然，國內外都有不斷把信息高速公路擴充頻帶寬度、改進路由器性能的計劃；但是，國外科學家認為:真正的下一代信息基礎設施是先進計算基礎設施。它將使以計算機為主體的信息處理發生根本性的變化。”
四、網格技術的應用領域
為什么需要網格？因為網格有非常廣泛的應用領域。一旦建立起網格，就可以開展許多以前無法進行的工作和研究。
（一）在科學計算領域，網格計算可以在以下幾個方面得到廣泛應用。
1.分布式超級計算。網格計算可以把分布式的超級計算機集中起來，協同解決復雜的大規模的問題。使大量閑置的計算機資源得到有效的組織，提高了資源的利用效率，使用戶的需求得到了及時滿足。
2.高吞吐率計算。網格技術能夠十分有效地提高計算的吞吐率，它利用CPU的周期竊取技術，將大量空閑的計算機的計算資源集中起來，提供給對時間不太敏感的問題，可作為計算資源的重要來源。
3.數據密集型計算。數據密集型的問題的求解往往同時產生很大的通訊和計算需求，需要網格能力才可以解決。如高能物理實驗、數字化天空掃描、氣象預測等都是數據密集型問題，網格可以在這類問題的求解中發揮巨大的作用。
（二）在社會經濟生活領域，網格可以在如下領域得到應用。
1.基于廣泛信息共享的人與人交互。原來人與人的交互受到地理位置、交互能力、共享對象，等等許多條件的限制。比如一個國際會議往往需要許多人在旅途上消耗大量的時間，如果每個人都可以在自己的工作地點，與參加會議的其他人員在一個虛擬的共享空間中進行交互，共同討論問題，可以產生面對面的效果，無疑將會是十分理想的。網格的出現更加突破了人與人之間地理界線的限制，使得科技工作者之間的交流更加方便，從某種程度上可以說實現人與人之間的智慧共享。
2.更廣泛的資源貿易。隨著大型機的性能的提高和微機的更加普及，及其資源的閑置的問題也越來越突出，網格技術能夠有效地組織這些閑置的資源，使得有大量的計算需求的用戶能夠獲得這些資源，資源的提供者的應用也不會受到太大的干擾。需要計算能力的人可以不必購買大的計算機，只要根據自己的任務的需求，向網格購買計算能力就可以滿足計算需求。除了計算資源，包括貴重儀器、程序、數據、信息、文化產品，等等，各種資源都可以在貿易的基礎上廣泛使用。
網格是一種面向問題和應用的技術，隨著網格技術的不斷完善和應用領域的不斷擴展，網格可以在更多領域得到應用，如銀行、航空、石油、氣象、電子商務、遠程教育、生命科學，等等。
網格技術僅僅是許多技術中的一種，它的出現不是要取代現有的技術，而更多的是對現有技術的補充。《福布斯》雜志預測，網格技術將在3、4年后進入迅速發展時期，在2020年網格技術產業年產值將達到20萬億美元。網格，一個更好應用的網絡，其前景廣闊，讓我們共同迎接網格時代的到來。
參考文獻：
［1］許樂平.計算機信息技術基礎［M］.南京：東南大學出版社，2003.
［2］胡存生.計算機網絡基礎［M］.西安：電子工業出版社，2004.
［3］都志輝，陳渝，劉鵬.網格計算［M］.北京：清華大學出版社，2002：3-5.
關鍵詞:美國的計算機產業在世界上占主導地位，政府起了重要作用。美國政府對計算機產業的支持
之所以能夠產生明顯的效果，關鍵是政府職能明確，不斷根據產業發展需要調整支持方向，改進資助體系和管理。總結美國聯邦政府支持計算機技術研究開發的經驗，對我國政府支持產業技術發展有著重要的借鑒作用。
一、美國政府對計算機技術發展的支持
第二次世界大戰結束后，聯邦政府一直是計算機技術的強有力支持者。按1995年不變價計算，1976-1995年間，聯邦政府對計算機科學研究和技術開發的支持由1.8億美元增加到9.6億美元，增長了5倍。其中，基礎研究投入由6500萬美元增加到2.65億美元；應用研究投入由1.16億美元增加到7億美元。聯邦政府資助中約35-45%投向大學，其余55-65%投向政府實驗室和產業界；政府基礎研究資金的70%投向大學。聯邦政府還對其他與計算機技術相關的研究給予資助。聯邦政府對與計算機研究相關的其他技術和電子工程研究方面的投入由1972年的不到10億美元增加到1995年的17億美元，占聯邦總投入的比重由5%增至7%。
聯邦政府從其職能出發決定資助方向，政府資金主要投向以下幾個方面。
(一)重點支持長期的基礎性研究
美國政府在長期基礎性研究和共性應用技術的研究開發方面發揮了重要作用。長期基礎性研究的主要特點，一是其效益往往在短期內無法顯現出來，風險較大。特別是在產業發展初期，企業沒有實力進行這樣的研究工作；二是其應用領域往往比較廣泛，一家公司無法完全利用，而且又無力阻止競爭者利用其研究成果。因此，產業界較少對長期基礎性研究進行投資。
美國聯邦政府對計算機技術的長期基礎性研究的資助項目已經取得了明顯的效果。如，政府資助的計算機人工智能技術研究開始于70年代早期，直到1997年才研制出能夠成功識別持續性語音的個人電腦。與此相似的是，國防基金從60年代就開始資助可用于三維圖像的基礎性系統研究，直到90年代才形成消費性產品。盡管這項成果在高性能儀器中早已開始應用，但近些年才廣泛應用于醫療、娛樂及國防產業。
(二)資助計算機研究的基礎設施
聯邦政府在計算機基礎設施建設方面發揮了關鍵作用，為美國發展計算機產業提供了源源不斷的人才。
1.為產業發展培養了大量人力資源
聯邦政府的資助計劃培養了一大批電子工程和計算機科學的研究生和優秀研究人員，為計算機和電子工程的發展提供源源不斷的后續人才。國家科學基金的數據表明，1985-1996年間，獲得聯邦資金資助的計算機和電子工程專業的研究生比例從14%增加到20%。聯邦政府對研究生的資助主要采取助教獎學金的形式，助教獎學金占總資助額的75%以上。1985年到1995年，全國最好的計算機系里，如MIT、卡內基·梅隆、加利弗尼亞大學勃克力分校等的計算機和電子工程專業的研究生中約有56%得到了聯邦政府的資助，其中一半是助教獎學金。1997年，斯坦福大學電子工業和計算機專業27%的研究生獲得聯邦政府資助，50-60%的博士得到資助。同時，政府資助的一些大型研究項目還培養了一批學術帶頭人。
2.為大學教育和研究提供了良好的設備和設施
配備和維護研究的硬件設備需要較高的資金投入，一般的大學很難籌集到這筆資金。聯邦政
府采取多種形式來支持大學購買計算機設備，主要有兩種形式：一種是為大學教學提供計算機設備；另一種是通過資助特定研究項目為大學提供精良設備。
聯邦政府在支持大學研究設備方面的主要貢獻，一是支持建立大學計算中心，資助大學計算機系開展研究工作。國家科學基金（以下簡稱“NSF”）于1956年就開始了為大學提供普通教學和研究用計算機的資助計劃。該計劃每年提供的資助金額增長很快，1958-1970年間，共資助了66,00萬美元。60年代，國防部高級項目處(以下簡稱“DARPA”)重點資助了少數幾個基礎好的大學計算機系（如MIT，卡內基-梅隆大學，斯坦福大學）開展專門項目研究，資助項目的大部分資金用來采購設備。據估計，60年代，全美大學中約一半的計算設備是由政府機構資助提供。1981-1995年間，聯邦政府資助了計算機科學系研究設備采購的65%，1985年高達83%。在電子工程方面，聯邦政府的設備資助也維持在較高的水平，1982年為75%，1995年為60%。NSF啟動了兩套專門為計算機科學系提供設備的計劃：計算機研究設備計劃和一個更加廣泛的協作實驗研究計劃。
二是研制高性能計算設備和建設網絡設施。80年代中期，政府資助了IBM701等高性能計算機
的研制，造出了供研究人員進行各種研究使用的大型計算機系統。1985年，NSF啟動了一項建立超級計算機中心的計劃，資助建立了5個全國范圍的計算機中心，為那些不能在普通計算機上進行的高級的、運算復雜的研究提供了條件。后來，這些中心成為高性能計算機的早期試驗場，還對一些計算機科學系的教學起了重要作用。同時，這項計劃還帶動州、私人部門出資在其他大學建立超級計算機中心。
隨著網絡技術的發展，政府加大對網絡設施的資助力度。1973年起，NSF著手進行一項科學網絡的計劃，每年提供60萬美元到75萬美元為大學的研究人員建立計算機網絡。
(三)支持利用高新技術的大型應用系統的研究開發和推廣
聯邦政府有效資助了大型應用系統的研究開發項目。DARPA支持了計算機間相互聯結的分批轉換網絡（ARPANET）的研究項目。這項研究促進了有關入網協議、分批轉換及路線安排等項研究。同時也推進了對大型網絡管理模式的開發研究，如，域名系統及開發電子郵件等。DARPA的研究成果顯示了大型分批轉換網絡的價值，促進了其他網絡的開發。NSF網絡的建立形成了網絡的基礎。政府通過資助大型高新技術應用系統的開發，把學術界和產業界的研究者匯聚起來共同建立共用的實驗室，交流思想，從而創造出一支有能力最終推動技術發展的研究力量。如，50年代的SAGE項目組織了來自MIT、IBM及其它研究實驗室的研究者，整個項目過程中出現了許多創新思想，目前在計算機行業已經獲得廣泛認可的想法都是當時提出來的。許多計算機行業中的先驅人物也從50-60年代的控制計算機系統(SAGE)項目中獲得了經驗，后來這些人在代表著計算機及通訊事業新興的公司及實驗室中工作。SAGE的影響在后來的幾十年中才逐步顯現出來。
構造大型應用系統的實踐表明，有些研究并不一定直接導致某一項技術的創新，而是導致開發與技術推廣。應用開發是對已經研究出來的技術進行分析和合理組合，形成新的應用系統。如，建立大型應用系統的研究項目就是把電子通訊系統的原理應用到ARPANET項目開發中，形成了網絡技術的基礎。
(四)對產業技術的早期資助
20世紀50年代，聯邦政府資助了絕大部分計算機技術的研究。那時，政府對計算機技術研究
開發的資助超過工業界R&D投入的3倍，幾乎覆蓋了整個計算機界的研究與開發。直到1963年，政府還資助著IBM計算機R&D的35%，Burroughs公司的50%，Control-Data公司的40%。從60年代末開始，因為整個計算機行業快速發展，政府對計算機R&D資助的比例急劇下降。直到70年代中期，政府資助僅占計算機R&D投入的25%，1979年達到戰后的最低點15%。隨著新項目的啟動和里根執政時期的國防建設，1983年，政府對計算機技術研究的資助比例又有回升，約占20%。
美國政府對產業界的資助重點放在推動技術商業化方面。一是對產業界早期研究的資助。政府對企業實驗室提出的一些有市場前景的技術給予資助，將其推向商業化。例如，IBM最先提出了相關性數據庫的構想，但IBM考慮到這項技術構想可能對自己已經成熟的產品造成潛在的競爭威脅，沒有繼續進行商業化研究開發投入。而NSF資助加州大學伯克立分校對這一構想進行深入研究，并將其推向商業化；二是支持共性技術研究開發。有些研究開發具有商業價值，但屬于共性技術，單個企業難以研究開發，或者企業擔心難以控制競爭者使用技術成果。IBM最先開發了RISC(精簡指令系統計算機)，但直到DARPA資助加州大學伯克立分校及斯坦福大學進行深入研究時，RISC才實現了商業化。該研究是作為70年代末、80年代初“大規模集成電路”（VLSI）項目的一部分來進行的。后來許多公司把以RISC為基礎的產品引入了市場領域。
(五)聯邦政府的資助對創新起到重要作用
聯邦政府的資助計劃促進了計算機技術的創新。據統計，1993至1994年間，美國全國共批準了1619項與計算機產業有關的專利。盡管這些專利的所有者75%是美國企業，但它們所引用的論文大部分是由大學或政府的研究人員撰寫的。在按資助來源分類統計的論文中，51%的資助來自于聯邦政府，37%來自產業界的資助。政府資助中NSF占22%，DARPA占6%。盡管這些數據僅限于兩年的專利統計，但反映出聯邦所資助的項目，特別是在大學里進行的資助研究，推動了計算機行業的技術創新。
二、美國政府在計算機產業技術發展各階段中的主要作用
政府在計算機科學技術發展過程中的作用，隨計算機產業成長和發展階段不同而變化。(一)50年代——計算機技術發展的初期階段，政府的主要作用是用戶和資助者在1960年以前，美國政府作為用戶和資助者，主導著電子計算機技術的研究開發。這一期間，政府支持計算機技術主要出于國防需要，資助面比較窄，重點是對技術本身的試驗，而且沒有一個系統的長期戰略計劃。但是，這一時期的政府資助項目嘗試了不同類型的資助機制，對私營部門產生了非常重要的影響。
50年代，幾個主要計算機公司的R&D都得到過聯邦政府的各種形式的資助。例如，在IBM公司的R&D投入中，政府合同資助投入占50%以上，直到1963年還有35%。聯邦政府不僅在資金上對私營部門提供資助，而且從項目設計、技術思路、人力資源等方面提供了支持。資助的項目涉及到有關國家安全、人力資源培養等各方面，還包括一些綜合性、高投入、不確定性大、具有長期影響的技術開發項目。政府資助的許多項目研究出了設備的原型，在這些原型基礎上，研究人員可以進行更深入的探索。
(二)60-70年代——技術擴散和產業增長階段，政府扶持的重點轉向長期基礎性研究和培養人才
60年代初期，美國的計算機行業開始商業化，可以獨立于政府的資助和采購，全國出現了幾個大型的計算機公司。這些大型公司建立了自己的實驗室，并且有能力自己研究開發計算機應用技術，從而促進了計算機產業的商業化。如，IBM公司與美國航空公司在部分采用軍事指揮和SAGE技術的基礎上，開發了計算機訂票系統（SABRE系統）。計算機定票系統的迅速發展成為推動計算機產業化的一個重要動力。與此同時，產業界對計算機人才的需求大大增加。出現了計算機科學領域，幾個重要學校的計算機系已經成立。
隨著計算機技術產業化和商業化，政府的資助重點開始轉向長期基礎性研究和培養人才。60年代后期至70年代，由于計算機產業界對R&D的投入增加，盡管政府資助產業界的絕對數額還在上升，但比例卻急劇下降。
(三)80-90年代——計算機產業成熟階段，政府積極組織和支持聯合研究開發
隨著產業界增加對計算機技術研究開發的投入，政府資助所占比例開始下降。80年代初期，日本的電子工程和計算機存儲器等技術開發，使美國的計算機產業感到了競爭威脅。同時，美國半導體生產設備的國際市場份額從75%下降到了40%。“增強競爭力”成了美國80年代技術政策的關鍵字眼，國內要求政府采取行動的呼聲提高。同時，大學與實業界開始以合資、協議等方式進行合作，或組織行業協會抵制來自日本的威脅。
為了提高美國計算機產業的競爭力，使其在世界占據領先地位，聯邦政府不僅繼續支持計算機科學和技術的研究，而且調整了支持重點和資助方式。政府對計算機技術的資助重點開始轉向支持各界聯合開發，通過支持行業協會等一些新機構，組織和促進產業界聯合開發。1984年的國家合作研究法案從不信任法案中把研究協會的名字去掉了，從而使研究協會的合作合法化。政府支持半導體制造技術協會（SEMATECH）等行業性組織機構，發揮其在計算機技術聯合開發中的組織作用。那一時期，半導體制造技術協會和高性能計算機研究所等受到政府資助的行業性機構，成為計算機技術研究開發和政策議程的主導者。
90年代，政府一方面對現存的政府所有的成熟的計算機基礎設施實現商業化和私有化；另一
方面又開始資助新的更高層次的技術研究。如，NSF于1992年將其互聯網向商業應用開放之后，又于1995年成功地把NSF的互聯網推向私有化。與此同時，NSF和其他聯邦機構還在繼續進行下一代互聯網（NGI）的開發與擴展工作，計劃將互聯網的數據傳輸速度提高100倍。NGI計劃將建立一個試驗性的、范圍廣闊的、可升級的測試系統，用以開發那些對國家至關重要的網絡應用技術，如國防和醫療等。
三、幾點啟示
美國政府資助計算機技術發展的經驗，對我們有以下幾點啟示。
(一)政府職能明確
在美國的計算機革命中，政府、產業界和學校起了不同的作用。政府主要引導大學和產業界研究機構的研究，特別在建立前沿研究需要的實物基礎設施，培養大學生、研究生和技術隊伍等方面起到關鍵性作用。盡管有些在市場中處于主導地位的大公司，如AT&T、IBM、微軟和英特爾等在基礎研究方面也投入了大量資金。但大公司更傾向投資于與其發展目標及產品開發有緊密聯系的研究項目。而政府則在長期基礎性研究、應用前途廣泛的共性技術研究開發方面發揮了重要作用。
隨著計算機產業從幼稚產業發展為成熟產業，美國聯邦政府的作用經歷了一系列變化。從50年代的用戶和資助者，60-70年代的資助基礎研究和培養人才，到80-90年代的合作者。資助機構和管理也從分散、無戰略計劃逐步發展到由專門機構統一協調。
(二)資助來源多元化和機制多樣化，發揮政府機構的作用
聯邦政府對于計算機技術與電子工程技術的資助主要是通過幾個機構來完成的。例如國防部、國家科學基金、國家航空航天部、能源部及國家健康機構。這些機構的特點是，專業技術能力比較強，機構內部有許多專業技術人員，有些機構本身就是國家研究機構。除國家科學基金外，這些機構大都是計算機技術的直接需求和應用方，經常根據部門自身的需要資助計算機技術研究開發。
多元化的優點，一是有利于技術發展的多樣性。由于計算機技術是工具性技術，各個領域有不同的需求，因此，每一個機構都有各自的資助重點及資助方式，從而促進計算機技術多樣化發展；二是提供多種潛在的支持，增加了研究機構和研究人員的選擇余地，有利于競爭；三是研究成果可以在不同的機構間轉移，形成廣泛的用途，提高了研究成果的利用效率。
(三)加強統一協調
盡管美國政府對計算機技術的資助計劃是由專業管理部門分別執行的，但是，隨著計算機產業的成熟和資助規模的擴大，各專業管理部門和聯邦政府不斷加強對計算機資助項目計劃的統一協調和戰略規劃。60年代以前，軍方對計算機技術的資助是根據各軍兵種自己的需求分散進行的。60年代初，國防部成立了高級研究項目處，并成立了專門的信息處理技術辦公室。一個重要目的就是協調軍方各部門的長期戰略性資助計劃，實行統一管理。
90年代，美國國家科學技術委員會中設置計算機、信息和通訊委員會，該機構通過下級委員
會，協調12個政府部門或機構的有關計算機和通訊技術的R&D項目，并重點組織實施了5個具有長期戰略意義的項目計劃。
這種體制即發揮了專業機構的積極性和技術特長，又加強了統一協調，避免重復研究和
分散競爭資源的局面，提高了政府資助的整體效果。
(四)以多種方式支持計算機技術
除了資助研究開發以外，美國政府對計算機技術市場的形成發揮了重要作用。美國政府是高新技術的最大用戶，政府采購為高新技術創造了巨大的市場。
從半導體到超級計算機，在許多領域中，政府創造了計算機及其技術的市場，促進新技術的標準化和核心技術在計算機行業的推廣。例如，聯邦政府為阿波羅號航天飛機采購的集成電路以及國防部的洲際彈道導彈項目都對集成電路生產能力的提高形成了一種刺激。為開發核武器，能源部及其前身機構對高性能計算機的需求驅動了早期超級計算機市場的形成。美國政府的統計體系也是早期計算機及其軟件的大用戶。在軟件方面，通過建立聯邦數據處理標準，聯邦政府促使市場向“美國國家標準機構”制定的COBOL(面向商用的通用計算機語言)不斷靠近；為使FORTRAN程序語言擴展應用于并聯計算機，政府資助了高級FORTRAN論壇項目。
反壟斷訴訟也具有深遠的影響。例如，1952年出現了針對IBM的反壟斷訴訟案，要求IBM公司出賣或出租其設備，以幫助其它公司進入這一商業領域。同時要求IBM公司對其包括電子計算機在內的所有有關信息處理設備的現有及未來專利實施許可制度，并規定了許可的比率。“司法部反壟斷部門”的負責人認為，IBM訴訟案是“開放電子領域的一個進步”，為其他公司進入計算機行業打開了方便之門。
(五)保持戰略產業在國際競爭中的領先地位
美國政府對計算機技術的貢獻中最發人深省的是，政府不僅在計算機產業的發展初期發揮了作用，而且在計算機產業逐步趨于成熟時，仍然起著重要作用。
【關鍵詞】生物技術；計算機；應用
【中圖分類號】Q50 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01―0046-01
進入二十一世紀以來，由于研究的深入，對知識的進一步認識和了解，許多學科之間都有了一些交叉，尤其是一些新興學科之間的相互交叉，廣泛滲透更是對科學的發展起了很大的促進作用，人們進一步提升對自然界的認識，對人類本身也有了進一步的了解。隨著科學技術的不斷發展，尤其是計算機技術的飛速發展，計算機在其中的應用范圍也日益擴大，計算機和藥學兩者互相影響、互相滲透、互相結合，密不可分。
1、生物技術與信息技術的關系
信息技術和生物技術都是高新技術，二者在新經濟中并非此消彼長的關系，而是相輔相成，共同推進21世紀經濟的快速發展。信息技術為生物技術的發展提供強有力的計算工具。在現代生物技術發展過程中，計算機與高性能的計算技術發揮了巨大的推動作用。如今，人們越來越清醒地認識到，超級計算機在創造新品種的藥物、治愈疾病以及最終使我們能夠修復人類基因缺陷等方面是至關重要的，高性能計算可以為人類作出更大的貢獻。生物技術推動超級計算機產業的發展。隨著人類基因組計劃各項任務的完成，有關核酸、蛋白質的序列和結構數據呈指數增長。面對如此巨大而復雜的數據，只有運用計算機進行數據管理、控制誤差、加速分析過程，使得人類最終能夠從中受益。然而要完成這些過程，并非一般的計算機力所能及，而需要具有超級計算能力的計算機。因此，生物技術的發展將對信息技術提出更高的需求，從而推動信息產業的發展。生物技術將從根本上突破計算機的物理極限。運用數學、計算機科學和生物學的各種工具，來闡明和理解大量基因組研究獲得數據中所包含的生物學意義，生物學和信息學交叉、結合，從而形成了一個新的學科。生物信息學或信息生物學，它的進步所帶來的效益是不可估量的。
2、計算機在生物技術中的應用分析
生物醫學工程運用現代自然科學和技術科學的原理和方法，從工程學的角度研究人體的結構、功能及其相互關系以及其他生命現象。其目的是解決醫學問題，即研究和開發為防病、治病以及人體功能輔助等醫學應用的裝置和系統。用技術科學的概念和方法來解釋和描述人體各層次的成份、結構和功能，以及人體各種正常生理功能和病理狀態之問的差異，這些內容形成了這個學科的基礎部分。而防病、診斷、治療及功能輔助的具體技術和設備則形成這個學科的應用部分。
2.1 計算機技術在生物信息學中的應用
生物信息學在今后的無論是生物醫藥科研還是開發中都具有廣泛而關鍵的應用價值；而且，由于生物信息學是生物科學與計算科學、物理學、化學和計算機網絡技術等密切結合的交叉性學科，使其具有非常強的專業性，這就使得專業的生物醫藥科研或開發機構自身難以勝任它們所必需的生物信息學業務，殘酷的市場競爭及其所帶來的市場高度專業化分工的趨勢，使得專業的生物醫藥開發機構不可能在自身內部解決對生物信息學服務的迫切需求，學術界內的生物醫藥科研機構也是如此，而這種需求，僅靠那些高度分支化和學術化的分散的生物信息學科研機構是遠遠不能滿足的。可見，在生命科學的新世紀，生物信息學綜合服務將是一個非常重要的也是一個極具挑戰性的領域。
2.2 計算機在微生物學中細菌生化反應上的應用
細菌學的計量檢驗是醫學檢驗現代化的種重要手段。此檢驗技術是通過收集已確證的統計資料，并將系列生化反應試驗的反應結果數值化，按照一定的數學模型進行多元分析，利計算機的運算速度和記憶能力，檢驗標本作出規范化的定量鑒定。實現這一計量鑒定，我采用了計算機輔助編碼撿索系統（CAIS）菌科細菌系列生化反應機輔檢索程序（CAE-15）、（eAE-I）輸入微機。通過各項生化反應結果及增補試驗結果所得的編碼數經過人工查詢，從計算機編程的“縮碼檢索手冊”中直接查找指定編碼的細菌概率分布和相應的補充試驗。計算機在微生物中的應用，不僅節約了時間和人力，而且鑒定結果準確可靠，避免主觀誤。
2.3 計算機在破譯遺傳密碼和管理基因數據方面的應用
計算機在破譯遺傳密碼和管理基因數據方面的潛力，在加利福尼亞大學圣迭分校的生物化學教授杜利特爾及其同事的工作中得以體現。他們在年進行的工作中只通過分析計算機打印輸出的數據就獲得了一個重要的生物學發現。杜利特爾教授的研究小組比較了兩個由計算機打印輸出的蛋白質序列，發現一種與癌癥發生有關的序列和一種與細胞生長有關的序列完全一樣，揭示出癌基因引起了細胞的不正常生長。這一發現在沒有進行過任何一實驗的情況下就獲得了。
2.4 計算機在創造生物的虛擬環境方面的應用
計算機還正被用于創造一個虛擬的生物環境，以便對復雜的生物網絡和生態系統進行模擬。這種虛擬環境創造不同的情境，幫助研究人員產生新的假說，并在實驗室里被用于檢測新的農業和制藥產品以及醫學活體實驗。在虛擬世界里，生物學家敲敲鍵盤就可以產生新的合成分，而在實驗室經常需要幾年時間才可能合成一個真正的分子。有了三維的計算機模型，研究人員可以在屏幕上將各種基因和分子進行組合，然后觀察它們的相互作用情況。年，賓夕法尼亞州立大學和位于加利福尼亞拉霍亞的斯克里普斯臨床研究所的研究人員，通過使用最先進的計算機首次設計了一種極有價值的合成分子。這種被命名為的化合物是在計算機屏幕上構想出來的，幾家生物技術實驗室正在進行該化合物的批量生產。科學家們打算通過使用新的信息時代的計算技術造出多種多樣的新分子。
2.5 計算機在生物醫學工程中的具體應用
生物醫學工程運用現代自然科學和技術科學的原理和方法，從工程學的角度研究人體的結構、功能及其相互關系以及其他生命現象。其目的是解決醫學問題，即研究和開發為防病、治病以及人體功能輔助等醫學應用的裝置和系統。用技術科學的概念和方法來解釋和描述人體各層次的成份、結構和功能，以及人體各種正常生理功能和病理狀態之間的差異，這些內容形成了這個學科的基礎部分。而防病、診斷、治療及功能輔助的具體技術和設備則形成這個學科的應用部分。
3、發展前景
計算機在生物醫學工程中應用的例子還很多，并且發揮著越來越重要的作用，同時對計算機技術水平的要求也越來越高。比如在生物醫學信號處理方面，普通的計算機已經很難勝任實時處理的能力，使人們轉向研究處理速度更快的專門處理器件DSP芯片。在人工智能方面，往往還需要功耗更低、存儲更大的微計算機。因此，生物醫學工程在利用計算機的同時也促進了計算機的發展。二十一世紀是生物技術的世紀，信息生物學是自然科學中發展最迅速、最具活力和生氣的領域，并且為人類帶來了很大的便利與貢獻。不難看出，生物計算機研制成功以后，又會帶來一次革命，它將會給人類帶來更多的福祉，世人將以期盼的心情等待它的出現。隨著科技的發展，隨著生物技術的發展，它將越來越離不開計算機。不但如此，計算機和生物技術更越來越緊密結合。將更快地促進兩者的發展。
參考文獻
[1]張宜，湯韌.計算機單機及局域網在藥學領域應用發展回顧及現狀[J].武漢總醫院雜志，2005，13（4）：12
關鍵詞關鍵詞：下一代數據保護技術；數據恢復；數據安全；數據保護
中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A 文章編號文章編號：16727800（2013）008012502
作者簡介作者簡介：李春霞（1975-），女，碩士，蘭州文理學院網絡中心講師，研究方向為計算機技術。
0 引言
數據安全與保護一直是現代數據中心和超級計算中心的研究重點。隨著互聯網與高性能計算速度的快速發展，數據呈現幾何級增長、數據更新頻繁等特點。現代數據中心和超級計算中心都面臨著快速備份和恢復的時間點越來越多，管理保存數據的成本及數據中心空間和能耗也變得越來越嚴重等問題，而傳統的數據保護解決方案已經無法應對數據的過快增長以及復雜性的加劇，取而代之的是下一代數據保護（next-generation data protection，NGDP）技術。
而我們所有研究的新一代的數據保護方案，是基于磁盤的、備份/恢復為中心的全面的數據保護方案，是整合的數據保護技術平臺，而不是一種單獨的技術研究或者產品。
下一代數據保護方案考慮的研究要素，一個是如何提高數據備份的效率，另一個是縮短數據恢復的時間。數據備份效率的核心是數據備份技術，主要有數據重復刪除技術、本地磁盤備份技術、深度集成智能備份和磁帶庫、異構快照和持續數據保護技術等。縮短數據恢復時間的核心是數據恢復技術，主要研究提高恢復數據的時間和恢復數據的有效率。
1 下一代數據保護技術研究現狀
隨著計算機系統和Internet服務的廣泛應用，社會信息化程度不斷提高，數據信息在當今社會已經成為非常重要的財富。作為信息的載體，存儲系統的應用已經非常廣泛，信息的可靠性存儲對于企業來說生死攸關，一旦數據丟失，將會帶來難以估量的損失。各種數據保護技術在人們對數據安全的需求下產生并不斷地改進提高。較為傳統的數據保護技術有備份和快照等，但是這些數據保護技術存在著明顯的弱點，它們保證不了數據保護的連續性，而對于許多關鍵應用來說，一秒鐘的數據都是極其寶貴的。
計算機存儲的信息越來越多，而且越來越重要，為防止計算機中的數據意外丟失，現有主要的數據保護技術一般都采用許多重要的安全防護技術來確保數據的安全，在建立容災系統時會涉及到多種技術，如：拷貝技術、備份（backup）技術、復制技術、鏡像技術、RAID技術、快照（snapshot）技術、虛擬磁帶庫VTL技術等。
2 下一代數據保護技術實施方案和技術路線
下一代數據保護方案考慮的要素研究，一個是如何提高數據備份的效率，另一個縮短數據恢復時間。數據備份效率的核心是數據備份技術，主要有數據重復刪除技術、本地磁盤備份技術、深度集成智能備份和磁帶庫、異構快照和持續數據保護技術等。縮短數據恢復時間的核心是數據恢復技術，主要研究提高恢復數據的時間和恢復數據的有效率。下一代數據保護技術平臺是整合的數據保護技術平臺，它要具備3個關鍵特征。首先，必須要全面，能夠全面覆蓋復雜的環境；其次，必須以磁盤為動力，從而能夠利用現有的磁盤陣列投入并同時提高備份與恢復服務等級；第三，要以恢復為中心，備份操作能在任何時間都可進行最為快速有效的恢復。應將持續數據保護技術、重復數據刪除技術和云存儲災備技術集成應用到下一代數據保護技術應用模型中。下一代數據保護技術應用模型如圖1所示。
其次，在大型數據中心和超算中心數據保護平臺內，采用磁盤陣列作為數據存儲備份的存儲介質，產生的龐大數據通過存儲即能避免過度占用系統資源，也能避免浪費適應性重復數據刪除技術，將冗余的數據進行刪除并存儲到磁盤陣列中用以容災備份。在大型服務器和超級計算機系統中部署基于文件的持續數據保護技術，捕捉文件系統數據或者元數據的變化事件（如創建、修改、刪除等），并及時將文件的變動以日志的形式進行記錄，產生持續的日志鏈實現持續的數據保護。當系統內部發生災難時，參考磁盤陣列中經過重復數據刪除后的數據備份，實現任意時間點的快速系統恢復。
圖1 下一代數據保護技術應用模型
最后，通過高速網絡鏈接異地的遠端云存儲設備，在云災備應用環境中，通過高性能、大容量云存儲系統和遠程數據備份軟件，將用戶業務數據存放在向企事業單位提供的空間租賃中。普通的企事業單位、中小企業可租用數據中心提供的空間服務和遠程數據備份服務功能，建立自己的遠程備份和容災系統，以保證當本地發生重大災難時，可通過遠程備份或遠程容災系統進行快速恢復。
下一代數據保護技術解決了傳統數據保護系統中運行維護成本高、備份和恢復效率慢、可靠性低的缺點，但是現行的持續數據保護技術和重復數據刪除技術在系統資源占用和更加高效的數據保護方案之間的平衡性和復合構件數據中心問題上，還有很多的改進空間，下一代數據保護技術是未來數據保護市場的主要發展方向。
3 下一代數據保護技術創新點及推廣應用
3.1 技術創新點
（1）研究了下一代數據保護技術綜合應用模型，采用磁盤陣列作為數據存儲備份的存儲介質，產生的龐大數據通過存儲即能避免過度占用系統資源，也能避免浪費適應性重復數據刪除技術，將冗余的數據進行刪除并存儲到磁盤陣列中用以容災備份。在大型服務器和超級計算機系統中部署基于文件的持續數據保護技術，捕捉文件系統數據或者元數據的變化事件（如創建、修改、刪除等），并及時將文件的變動以日志的形式進行記錄，產生持續的日志鏈實現持續的數據保護，實現任意時間點的快速系統恢復。
（2）在原有持續數據保護技術的基礎上，提出了基于文件的持續數據保護技術，對恢復時間點附近的數據和日志的保存進行了改進，使資源占用和恢復時間得到均衡，消滅了傳統數據保護技術中的備份窗口，實現了對數據的連續性保護，能夠有效提高系統和數據恢復的RTO和RPO。
（3）本項目針對重復數據刪除技術中數據對比檢測算法繁瑣問題，對重復數據刪除技術提出了改進，降低了存儲容量，大大縮短了多種應用程序的恢復時間，減少了對硬件設備的依賴，同時也降低了耗電量、冷卻成本和占地面積，提高了資源效率。
（4）在下一代數據保護技術綜合應用模型中，通過高速網絡鏈接異地的遠端云存儲設備，在云災備應用環境中，通過遠程數據備份軟件，將用戶業務數據存放在云存儲設備中，建立自己的遠程備份和容災系統，以保證當本地發生重大災難時，可通過遠程備份或遠程容災系統進行快速恢復。
3.2 推廣應用
（1）下一代數據保護方案，解決了在傳統數據保護系統中，由于數據快速增長，特別是云計算和物聯網技術的興起，導致的運行維護成本高、備份和恢復效率慢、可靠性低的缺點。
（2）針對持續數據保護技術和實際數據恢復的需求，研究的基于文件的持續數據保護技術，消滅了傳統數據保護技術中的備份窗口，實現了對數據的連續性保護，提高了系統和數據恢復的RTO和RPO。
（3）針對重復數據刪除技術中數據對比檢測過程問題，對重復數據刪除技術提出改進，降低了存儲容量，大大縮短了多種應用程序的恢復時間，減少了對硬件設備的依賴，同時也降低了耗電量、冷卻成本和占地面積，提高了資源效率。
（4）利用云存儲進行容災備份，是未來數據保護技術的發展趨勢，客戶可以利用云災備快速實現災備，降低災備系統的總體擁有成本。
4 下一代數據保護技術經濟效益
數據安全與保護一直是現代數據中心和超級計算中心的研究重點，隨著互聯網與高性能計算速度的快速發展，數據呈現幾何級增長、數據更新頻繁等特點。現代數據中心和超級計算中心都面臨著快速備份和恢復的時間點越來越多、管理保存數據的成本及數據中心空間和能耗也變得越來越嚴重等問題，而傳統的數據保護解決方案已經無法應對數據的過快增長以及復雜性的加劇，取而代之的是下一代數據保護（next-generation data protection，NGDP）技術。
隨著數據的快速增長，特別是云計算和物聯網技術的興起，現代數據中心和超算中心面臨著更加繁重的數據服務需求。另外，數據的不斷增長也導致數據備份窗口和系統恢復時間的不斷增加，每次的數據備份工作占用了大量系統資源，同時也增加了技術維護人員的工作量。各個數據中心和超算中心都在傳統的數據保護技術基礎上進行
改進，尋求更為高效、節能的數據保護技術。下一代數據保護技術的興起，解決了傳統數據保護系統中運行維護成本高、備份和恢復效率慢、可靠性低的缺點。
參考文獻參考文獻：
[1] 田全紅，劉光明. 下一代數據保護技術研究與應用[J].計算機光盤軟件與應用，2011（16）.
[2] G DUZY.Match snaps to apps[M].Storage，Special Issue on Managing the Information that Drives the Enterprise[Z].2005.
[3] 薛華成.管理信息系統[M].北京：清華大學出版社，1999.
1.科研裝備在科學發現活動中的作用
人類在認識自然、探索未知的科學發現活動中，始終都離不開從自然界中獲取信息。這種獲取信息的手段和方法有一個從簡單到復雜的歷史演進過程。在古代，希臘人獲取信息的方法是靠感官直接感知的，并通過猜測性的思辯而提出了許多關于自然界是怎樣形成的“科學假說”—本體論設想，“顯然，在今天看來，古希臘人對萬物運動原因的各種解釋都是臆想，不過勇敢和大膽的探索精神卻使人們驚嘆。因為他們居然在幾千年前企圖用一個人的思想來回答人類全部科學所追求的東西”。圈‘P49’在近代，自伽利略研制出第一臺望遠鏡開始，人類科學發現活動的手段主要依靠科學儀器和設備而實現，從而延長了人類的感官，擴大了人們感知自然的范圍和種類，提高了人類對于自然界的感應能力和精確度。19世紀末至20世紀初以來，隨著現代科學技術的發展和信息化的科學儀器設備的出現，人類科學發現活動的視野已從宏觀進入到微觀，從地面延伸到宇觀。這種當代自然科學的發展向著兩極延伸的根本性原因，就是由于現代化的科學儀器和設備為微觀和宇觀領域的科學發現提供了有力的工具和手段。正如國家自然科學基金委員會主任陳宜瑜院士所說“科學發展的歷史表明，一種新的科研儀器或工具，往往成為開辟新研究領域的金鑰匙。”[6J‘P，‘)美國新實驗主義者羅伯特•阿克曼(R.J.AcKermann)早在20世紀80年代就指出“科學的進步的確是儀器與技術的進步。更好的儀器與技術告訴我們同一個世界里更多的東西，因此，它們經常迫使理論觀念的改變。”t7J‘只溯而沃森和克里克1953年所發現的DNA雙螺旋結構模型，就是借助了X線衍射法及其X線晶體儀才得以實現的，這一發現徹底導致了傳統生物學所認為的生物遺傳物質是蛋白質理論觀念的革命性變革。同樣，在微觀領域里如果沒有由數萬臺計算機聯網構成的世界規模最大的粒子對撞機，歐洲核子研究中心是不可能發現所謂的“上帝粒子”—希格斯玻色子的。而在宇觀領域里，正是由于有數字化、信息化、計算機化程度非常高的“好奇”號火星車，美國人才發現了火星的一些表面含有古老的河床及碎石的痕跡，以證明火星表面確曾有過水流淌過的歷史;我國嫦娥二號飛往距地球150萬公里的拉格朗日L2點繞太陽運行，對太陽及其行星進行深空探索，并最終飛往700萬公里遙遠的太空進行高深空探索，這正是由數字化、信息化、計算機化的現代空間飛行裝備所完成的。總之，在當代自然科學的科學發現活動中，數字化、信息化、計算機化的科學儀器和設備始終起著核心作用。從光電顯微鏡到射電望遠鏡，從高能加速器到太空站，從粒子碰撞機到遙控遙感技術如此等等，能夠感知夸克和宇宙天體等不同層次自然物及其特性和規律，無不與現代化的科學儀器息息相關。同時，我們應該知道，任何一種科學儀器和設備的研制成功都是依據一定的科技原理而產生的，科技原理的先進程度直接決定著儀器設備的先進性、可靠性和精密度，而儀器設備的先進性和精確度又在很大程度決取于其信息化、數字化和計算機化的程度。所以，運用已有的科技成果，構思先進的科技原理，設計各種不同的技術原理模型和科學儀器運行規則，開發具有不同特性和功能的軟件控制系統，研制能夠識別各種自然現象的數字化、信息化和自動化的科學儀器和設備，是我們從事科學研究的重要途徑和手段。而且信息化程度愈高，其感知的精確度愈高，認識的范圍更廣泛，對自然界的物質、特性、規律把握得就更全面。例如:美籍華裔物理學家丁肇中1970年就發現了J粒子存在的現象，由于當時沒有驗證這一可疑現象的科學儀器和設備，他花費了好幾年的時間才研制出了能夠驗證這一發現的科學儀器—雙臂能譜儀，終于在1974年發現了J粒子，也就是所謂的“集夸克”，被記作為C，并因此于1976年獲得了諾貝爾物理學獎。這一科學史案例說明了“在儀器精確度不高的早期實驗，理論解釋的分歧往往比較大，但是，‘儀器的進步可消除這些模糊，在那些理論預期導致觀點分歧的地方，得到共同認可的數據將取而代之。”
2.科研裝備在技術發明活動中的作用
技術原理的發明需要借助于現代信息技術和計算機技術。所謂技術原理是指所設想的技術系統的技術要素構成及其技術要素之間的有目的性的運作原理。它是運用已有的科技成果經過理論推導、技術論證、奇思異構等手段而形成的。其核心是為技術原理尋科學依據。因此，要提高技術原理的先進性、科學性和可靠性，作為發明創造者必須借助于計算機技術和現代信息技術，從網絡信息和數據庫中，了解和掌握最新的科技發展動態，搜集與發明創造對象相關的科技信息情報資料，尋找和發現各種科學原理、技術知識之間的關聯規則，以求得技術原理上的突破。其基本過程是:從最新的科學理論研究成果中發現其初露出來的技術端倪，并經過理論推導和技術提煉產生出一般性的技術原理，為技術創新打造技術平臺。正是由于美國生物學家內森斯和伯格從沃森和克里克1953年所發現的DNA雙螺旋結構模型以及往后科學家們所發現的限制性內切酶等科學理論中所初露出來的技術端倪，發現了理論上升到技術的可能性，才使20世紀70年代初對基因片段的切割與重組技術變成現實，而且內森斯、伯格所實現的基因切割與重組技術又為現代生物工程技術奠定了基本的技術原理。同時，搜索和掌握已有的科學原理和技術知識，不論是舊有的還是新提出的，只要對發明創造對象的特性和功能有用的技術，都可以移植、借鑒和集成，并經過創造性的構思，形成具有特定技術要素構成的技術系統和技術原理，以實現其設定的技術特性和功能，1969年美國阿波羅登月計劃中的飛船技術原理沒有一項是新發明的技術，都是現有技術的集成與綜合。需要指出的是:在技術原理的構思過程中，把所構思出來的技術原理數模化，利用超級計算機進行仿真實驗，并通過對數模化的技術原理的不斷修改，以達到技術原理的最優化。技術方法是一種知識形態的發明成果，一般表現為新的行為法則、操作方法或程序模式等。這種發明創造成果具有程式化、規范化的特征。作為行為法則、操作方法，它規定了操作主體應該做什么和怎樣做的技術行為，如基因工程技術中關于基因的切割與重組的規范性要求，納米材料在分子水平的研制方法就屬于此類。這種技術方法的產生不僅需要現代化的科學儀器和檢測設備來驗證，其生產制作過程更需要信息化、自動化的生產工藝來完成。作為程序模式等發明創造成果，它是通過程序化信息的傳遞、加工、處理、變換和控制而實現技術系統的目的性運作，且其信息的傳遞是靠信息符號的識別、認知而進行的，例如一臺數字化機床、一條現代化的生產工藝、一個管理系統、一個對飛行器之所以能夠對其進行有效的控制都是通過數字化、信息化的軟件系統或信息傳遞而實現的。然而，這種程序化的軟件系統則是軟件工程技術人員，經過構思、設計、創造出來的，更是利用現代化的科學儀器和檢測設備通過技術試驗而獲得的。所以，發明一種技術方法需要科學儀器和設備，檢驗、測試一種技術方法更需要現代化的科學儀器和設備。技術物品也是發明創造的重要對象，它是一種物化形態的技術成果，一般表現為新設備、新工藝、新產品的模型或樣品。因而，它還不是準備批量生產性的樣機，它僅是一種發明創造物。在技術物品的發明創造過程中，所發明的技術物品是否為首創，需要運用現代信息技術、數據挖掘技術和專業化的圖書資料，搜集相關的知識性和技術性的海量信息加以實證。(9J(P4，并把被挖掘出來的數字或信息，通過嚴密的技術論證、技術篩選、技術組合和技術推導，經過原理構思和方案設計，才能創造出一個數字化的技術產品模型或樣品。另一方面，所發明的技術模型或樣品其技術原理的先進性、技術結構的合理性、技術功能的可靠性以及構成技術系統的每一個零部件所用材料的各種物理化學特性，更需要現代化的科學儀器和設備進行技術試驗和檢測。這種試驗或檢測不是一次能完成的，它可能需要數百次乃至上千次，才可能取得滿意的效果。在這樣一個復雜性的技術試驗和技術檢測中，所使用的試驗或檢測的儀器和設備越先進，性能越好，其結論就越可靠。需要指出的是，在技術原理的構思設計中如果我們能夠運用發明創造的方法(聯想法、類比法、仿生法、綜合法、轉移法、經驗法等)，并借助于以D技術(計算機輔助設計技術)和計算機仿真實驗的方法，必然會提高發明創造物構思設計的質量和速度。
3.科研裝備在技術創新活動中的作用
技術創新是一個由原理構思、方案設計、技術試驗、產品試制、技術鑒定、產品制造、市場銷售等環節構成的復雜性過程。技術創新的成功，不僅取決于技術原理構思的先進性和技術方案設計的科學性，而且取決于在技術試驗和產品研制中所使用的儀器、設備等研發設施的先進性和精密度。一般說來，在技術試驗、產品試制和技術鑒定過程中所使用的儀器和設備，數字化、信息化、計算機化程序越高，其精密度、準確性也就越高。因為，只有這樣才能對新產品、新工藝、新材料的硬度、強度、韌度、光滑度、耐磨性、抗腐蝕性、抗氧化性、抗疲勞性、耐高溫高壓性、超低溫性以及靈敏度、感應性等物理化學特性、功能和技術參數給予準確的測試。〔“〕‘P•助同時，技術試驗等過程中所產生的大量數據需要借助于現代化的超級計算機進行數理統計和分析處理，甚至需要運用超級計算機進行仿真試驗。這種復雜性的技術試驗、試制和鑒定對于一些大中型企業在開發技術密集性產品過程中顯得尤為重要。因此，研制先進的科學儀器和設備，構思和設計數字化的測試系統，加強對技術試驗本身所使用的儀器、設備的研究與開發，不斷提高其數字化、計算機化和自動化的程度，不僅是我們在技術創新活動中的一個基礎性裝備問題，也是當今科學儀器的研發向著“多功能、自動化、智能化、網絡化方向發展”。在產品制造過程中，計算機輔助制造(CAM)技術是當代社會制造業領域的核心技術。它不僅能夠提高勞動生產率，而且對降低勞動生產成本，提高產品質量都是至關重要的。正因為如此，目前在全球范圍內正在廣泛開展著對數字化機床、計算機控制下的生產工藝流程等自動化生產設備的軟件開發和工藝研制。從本質上講，生產自動化就是在計算機控制下的信息接收、傳遞、加工和處理(轉換)的程序化過程，只要我們善于構思，開發出適用于特定產品生產的計算機軟件，并經過精心的工藝設計，我們就不難研制出具有特定功能的生產工藝和數字化機床。〔同時，我們應該看到，一種以軟件開發、產品工藝設計和計算機管理活動為主的虛擬制造技術將成為今后制造業的重要生產方式。因此，運用現代計算機技術和信息技術，組建數字化的自動控制系統，加強對技術創新生產過程中所使用的勞動生產工具的信息化、數字化、計算機化和自動化水平的研究，是我們提高“中國制造”產品質量的重要環節，也是我們變“中國制造”為“中國創造”的必經之路。
作者：陳九龍 單位：西安交通大學
1新形勢下的計算機技術
計算機應用技術是基于互聯網和信息技術為核心的一種全新高新技術，其自身優勢較多，計算能力突出，已經對我國社會經濟發展做出巨大貢獻。而程序設計、計算機維護、計算機管理，都少不了計算機智能化設備的支持。當下較為常見的計算機包含嵌入式計算機網絡計算機、超級計算機工程控制計算機等，而在時代前沿，光子計算機和生物計算機的應用還有待推廣。實際應用中要求相應操作人員能夠掌握計算機應用技術的核心技術，同時自身有扎實的計算機理論基礎和相應的使用經驗，可以對信息進行分析、處理、歸納，還可以利用計算機軟件系統完成一些復雜信息的處理工作。要求對應操作人員能靈活應變，根據行業不同單位不同，針對其訴求，對信息優化整合，以網絡渠道傳播信息，滿足實際需求，發揮計算機應用技術的最大化價值。
2計算機應用技術的發展狀況
計算機應用技術以及自身的優勢受到大眾追捧，各行各業都引進了相應的計算機技術。但是相較于西方發達國家，我國對計算機應用技術的研究領域還處于冰山一角，我國對該技術的研究時間較晚，雖投入大量精力，但整體發展仍和西方發達國家存在一定差距。此外，計算機應用技術的發展還受到我國東西部地區經濟差異影響，在東部地區普及率高，而在西部地區普及率較低。由于人們對計算機應用技術的使用需求，計算機硬件設備發展速度迅猛，但現階段一些半導體的研發已經進入瓶頸，要打破瓶頸，需嘗試不同方向的努力，以不同途徑優化計算機應用技術，滿足市場需求。在計算機應用技術人才方面，我國整體展現出來的狀況是缺乏高專業水平的應用型人才，這就導致我國計算機應用技術全面發展創新受到制約，所以大部分人員可采用計算機搜索相關資訊，完成簡單操作，但這僅限于滿足日常生活行業發展需要，專業化的人員完成安全維護工作，故障處理工作等專業化工作，要求其按照行業發展單位需求完成監督管理，還要能夠針對客戶的要求，開發有創意的軟件、開發功能性較強的硬件，為客戶提供優質化的服務。
3新形勢下計算機應用技術如何實現創新
3.1進一步強化專業人員綜合素質
時代在不斷發展，我國計算機應用技術也會不斷發展，但其發展必須依靠有專業能力且綜合素質較強的優秀團隊，以此為計算機應用技術發展提供源源不斷的力量。基于此，需不斷強化專業人員綜合素質，滿足技術發展要求。相應的，研發機構可針對機構現有人員的綜合素質，為人員安排具有針對性和側重點的培訓，將國外發達國家的先進計算機應用技術引進研究機構中，引導科研人員對其攻破學習，并結合我國社會的發展狀況，創新為適應我國經濟發展規律的全新技術。此外，要對計算機領域出現的相關技術和信息給予重視，將國際前沿的研發理念及技術引入到實際的研究創新中，跟上國際上相關技術的發展步伐。此外，在人員聘用上，要求研究機構優先對高學歷專業對口的技術人員優先錄取，在人員聘用上開出較高的薪資待遇，以吸引綜合素質較高的專業技術人員加入研究團隊，實現技術創新，提供更多可能。研發公司可以和一些研發機構建立合作關系，聘請計算機專業人員到公司開展教學講座，通過交流和協商的方式，進一步提高公司員工綜合素質。必要情況下，可以針對研發各個階段的要求，吸收一些國外研發工作人員，壯大公司實力也打破計算機技術創新瓶頸。
3.2強化應用技術創新
計算機應用技術已經對我們正常的工作和生活造成巨大的影響，且這個影響還在不斷加深，經濟發展和生活水平不斷提高，使得人們對計算機業務技術的要求逐漸嚴格。在此背景下，對應工作人員需全面了解計算機應用技術，將應用技術和互聯網+結合，開展新型計算機應用技術創新。在相關技術研發中，可以利用綜合效率強，但實際成本較低的技術為基礎，如半導體技術、封裝技術、裝配技術等，對現有的領域進行革新，在將其應用到計算機應用技術創新中。也可以將時代前沿快至人口的一些技術和計算機應用技術結合，如人工智能、人機交互、超級計算、嵌入式技術等，以此充分提高計算機性能，為用戶提供良好的操作體驗。此外，可以將先進的物聯網技術，云計算，云儲存技術應用到，實際的操作管理工作中去，構建新時期網絡生態化的管理系統。例如在工業方面，可以以智能化的系統實現對整體生產過程的監督和管理，一些智能化的設備還可以代替人工提高生產效率和質量，減少不合格產品造成的成本浪費。再比如，在手機研發中，可針對不同受眾的使用需求，開發智能機型，對APP進行優化，實現智能服務、精準服務、個性化服務。在醫療領域則可以利用人工智能技術，對一些醫療影像數據實現極速分析，設備對人體掃描之后迅速得出結果，為生判斷和制定治療方案，提供科學依據。一些計算機應用技術的創新研發，甚至會對未來工作軌跡造成重大影響，例如語音識別技術可強化人工智能虛擬助理研發，大大提高人們生活質量。比如以語音識別技術應用，在醫療領域可構建全新電子病歷，配備對應的網站，使患者可以足不出戶的和醫生進行面對面交流，了解醫囑、也了解對應的檢查結果。現階段研發人員還需對以往的計算機應用技術有足夠的經驗，了解市場變化和社會需求，分析不同區域，不同行業的不同需求，從而研發出有針對性或應用性較全面的軟件。同時，計算機系統的脆弱性及安全風險也是不能忽略的，技術研發需考慮到信息篡改，信息泄露可能對使用者造成的巨大損失，從而針對非法使用資源，網絡資源錯誤等作出調整，設計好計算機系統的安全防護。例如可以將先進的人臉認證技術和聲音認證技術引入到信息管理系統當中，只有對應使用者按照要求驗證之后才能查閱信息。針對一些企業的核心研發技術，其對計算機系統的安全等級要求較高，可以在該類系統中加入信息數據加密技術，構成復雜且完善的整體，只有獲得授權，且通過驗證才能夠解讀相關信息。即使如此，也要注重防火墻技術的研發，不斷引進入侵檢測，做好病毒預防，不斷更新防火墻。
3.3強化人才培養
在全新時展背景影響下，計算機的操作和軟件逐漸向多元化和智能化方向進一步加深發展，相應的信息產業對其操作人員的專業化水平要求越來越高，社會用人單位的要求標準門檻也提高了，工作人員的計算機操作水平，互聯網思維需達到一定程度，才能更好地生存。而同時計算機應用技術的發展，也需要源源不斷的專業化人才。故需進一步強化人才培養。高職院校是國家技術性人才輸送的重要場所之一，通過高職院校的教育，可以教給學生更多更專業的操作技術，從而直接滿足社會各行各業的發展需求。當下眾多高職院校已認識到自身的責任和義務，其積極開展計算機應用技術教學，完善教學體系，將更多的教育資源放在計算機技術的實踐方面，強化校企合作，積極建設實踐基地，開展實踐教學。在此基礎上，高職院校還應對計算機技術教學體系進行創新，進一步開展學校和校外計算機企業的合作交流，注重樹立學生的互聯網思維，不斷拓寬學生的認知，讓學生能夠運用自身掌握的技術進行創新。此外，相應企業單位也要重視強化人才培養，主動和高職院校進行合作，開展人才定向培養班，派遣專業的技術人員擔當實訓教師，為學生提供切實且專業的計算機應用教學。計算機應用技術創新正處于發展關鍵階段，其發展展現出多元化的特征，企業要吸納更多具有新思維的專業人才，多多培養，致力于提高自身軟件技術開發實力。
關鍵詞：大學計算機基礎；信息素養；自由學習；因材施教
在日新月異的信息化時代，社會對人才的信息技術能力的需求不斷提高。計算機應用能力已成為社會衡量一個人全面素質的重要條件。教育部要求“應將其內容從側重操作技能轉向信息技術的基本理論知識以及運用信息技術處理實際問題的基本思維和規律”。因此，大學計算機基礎課程最根本的教學任務應是培養學生的信息素養，培養學習信息技術的理論和實踐基礎，提高學生的計算機應用能力和綜合素質[1]。
筆者在近十年的計算機基礎教學中體會到“教就是學”。從學生的興趣出發，找到理論與實踐的結合點，引導學生進入學習的自由王國，是教與學的最好方法。基于此理念，下面詳細闡述課堂教學與組織的具體措施和方法。
1依托精品課程網站，實現網絡化自由學習
哈佛大學曾強調，學校要賦予學生三個“法寶”，即給學生學習上選擇的自由；使學生在所擅長的學科上有施展才華的機會；使學生的學習從被動行為轉化為自主行為，讓學生從對教師的依賴和從屬關系中解放出來。學生只有變成學習主體，其主觀能動性和無限的潛力才會被充分激活[2]，教師的教學才能取得成效。傳統的課堂教學采用的是集中式的教學，學生的自由度比較小[3]，而基于互聯網的網絡化教學平臺，能夠為學生提供自由學習的環境[4]。
我校“大學計算機基礎”課程于2009年被評為省精品課程。在教學中，筆者依托精品課程網絡平臺，探索網絡學習模式。網絡學習效果的好壞決定于學習者的學習能力、學習態度以及學習環境[5]。因此，為了加強和促進網絡學習，筆者主要做以下幾方面的工作：
1) 通過思想教育和啟發，轉變學生的學習觀念，讓學生具有自我學習意識，提高學習動機。
2) 教會學生基本的網絡操作，使學生具備網絡學習的基本能力；通過專題講座，引導學生掌握網絡學習策略。
3) 組織教師改革課堂教學方式，并布置部分教學內容為學生網絡學習內容。
4) 豐富網絡資源，這是學生網絡學習是否有效的關鍵條件。目前，我校精品課程網站上的主要欄目有：電子教材、教學課件、作業習題、參考資料、視頻教學、課堂錄像、在線作業、在線答疑等。我們一直不斷組織教師擴充實驗內容，提供參考資料，編寫在線作業批閱系統。
5) 定期檢查網絡學習作業，在課堂中總結網絡學習結果，使網絡學習與課堂學習有效結合。
通過網絡學習平臺，學生們可以預先學習相關課程的知識。在不到一年的時間內，大學計算機基礎精品課程的訪問率達到了3萬人次以上，有效地實現了學生的自由學習。
2小組學習、分層教學，實現因材施教
隨著計算機教育的普及，中學的信息課已經使學生對計算機有一定的認識，學生不再是“零起點”，而且，不同地區由于教育資源的差異，學生的計算機基礎參差不齊，這已成為計算機基礎課程任課教師教學組織中的一個難題。在教學中，筆者采取了以下措施解決此問題。
2.1小組學習制
組織形式：五人一組，小組長負責制，以小組為單位進行檢查和輔導。
選擇基礎較好的學生任組長，由組長和學生進行雙向選擇確定組員。實行分組學習后，學習效果得到提高。學生在課后實驗總結上寫道：“分組后，不會的問題可以馬上問組長，基本上能完成任務了，覺得上課蠻有意思的，現在計算機課程是我大學里最有趣的課……”。究其原因，在于小組學習體現和促進了學生學習的自尊心和小組長的責任心，因此，學生的學習積極性明顯高漲。實行小組長制后一個月內，學生95%都能按時完成任務，在實行小組長制后兩個月，50%以上的同學取得了很大進步，不需要組長指導也能按時完成任務。
2.2分層教學，對不同學生提出不同要求
怎樣讓基礎較差的學生學得懂，基礎較好的學生學得有興趣呢？為了解決這一問題，在教學時，筆者將教學內容分為“基礎級”和“提高級”，學生根據自身能力選擇學習內容和目標。表1為計算機軟件系統部分知識模塊的分層內容。
基于“案例教學”和“任務驅動”模式教學時，辦公軟件Office 2007的每次實驗課程都準備了兩份案例，一份是達到教學基本要求的案例，要求所有的學生都要完成。另一份是較高要求的案例，案例內容要求較難，甚至超出教材的要求，讓學有余力的學生自選完成，這樣，將基礎實驗和設計型實驗相結合，基礎較弱的學生能夠掌握基本操作，基礎好的學生可以提高能力。
3理論與實踐相結合，實現興趣驅動的自主學習
前不久，安徽11位教授給教育部長和全國教育界發出了一封題為“讓我們直面‘錢學森之問’”的公開信，引發了一場全國范圍的大討論。無論在哪個時代，培養杰出人才的基本規律都沒有發生根本變化。他們必須具有獨立思考的品質、從實際出發不迷信經典和權威、具有科學的探索精神和求真欲望、善于發現問題并能夠找到解決問題的途徑和方法。學生的探索精神和求真欲望從哪里來？興趣是最好的老師，也是最持久的學習動力。
3.1教學與實踐相結合
例如，在計算機硬件系統組成的教學過程中組織一次市場調查任務。學生調查完后，上交調查報告和調查時所得的配置單。老師在分析學生的配置單的基礎上，選取幾份具有代表性的配置單，詳細講解相關的計算機配置參數，并以拍賣的形式要求學生對每一份配置單進行估價，課堂氣氛非常活躍，學生在輕松愉快的情境中理解了各種專業參數和性價比等知識。每一階段的學習結束后，選擇一部分學生的優秀實驗作品，進行演示和展示，使學生在學習中獲得了較大的滿足感和成就感，學習興趣更加高漲。
3.2教學與時事相聯系
目前，教材內容很難做到與計算機技術的最新發展同步，作為教學主導方的教師應該不斷動態跟蹤計算機技術的新發展、新方向，及時調整教學內容，將最新的知識傳授給學生，以彌補教材內容滯后的不足。例如，“天河一號”超級計算機從一開始被報道，到亞洲第一、全球第五，最后技術升級優化躍居世界第一，筆者都在課堂上進行介紹，既讓學生認識了超級計算機，又加深了運算速度等理論，還增強了學生的愛國熱情。再如，筆者在講解互聯網應用時，與學生展開“網站如何盈利”的課堂討論，以百度“鳳巢”事件的原因為例，給學生上了一堂生動的互聯網應用課。學生覺得學到了有用的知識，就會一直保持學習的興趣。
4教學中“留白”，實現創新研究型學習
隨著信息技術對人們生活和對社會的影響日益深入，社會對大學生信息技術的要求不再是簡單的文字處理，而是要具備較好的計算機操作能力、網絡應用能力及新技術的學習能力。所以，培養學生的學習能力是比傳授書本知識更重要的任務。
4.1培養自學能力
計算機基礎課程是一門實踐性很強的課程，也是一門知識更新快、開放型的課程，涉及的知識面比較廣，內容比較多。由于學時有限，不可能講授所有的知識點，因此，培養學生的自學能力既是長遠要求，也是教學需要。
自學計算機操作的一個常用方法就是一邊看教材，一邊操作，因此，培養學生學會看指導書，就是“授人以漁”。例如，在詳細講解Word、Excel內容的基礎上，將PowerPoint的內容規定為學生自學。首先，給學生提供PowerPoint電子教程，使學生自學“有路可循”；其次，提供一個好的案例，使學生自學有參照和動力。另外，指導學生看每個軟件的“幫助”文檔，也是培養學生自學能力的手段之一。
4.2采用開放式教學內容
非計算機專業的計算機基礎課程教學不同于計算機專業，也不同于普通的計算機操作職業培訓。教學內容的選取對學生今后學習和工作具有指導意義。筆者在教學中盡量做到以下幾點：
1) 不局限于微軟的產品。例如，在講解操作系統時，將Windows、MS-DOS、Linux三個系統的基本操作進行對比。既可以避免產品式教學，又能加深學生對操作系統的理解。
2)“高估”學生的水平，將最新技術引入到教學中。例如，打破教材的限制，與學生討論一個CPU時的進程調度和雙核CPU的進程調度，要求學生了解最新的CPU性能和相關技術。這樣，既能開闊學生眼界，還能提高對本課程的知識理解。
5結語
教師是教學的設計者，是決定教學成功的關鍵因素之一。作為大學計算機基礎教學的教師，需要對計算機科學的知識體系有較全面的了解，并在教學中高屋建瓴，結合學生實際，將其融會貫通，將清晰的思路用通俗易懂的方式傳授給學生。以上所述方法和體會得到學生的認可和歡迎，課堂教學獲得了學校教學簇擁活動二等獎，和2010年湖南省教學成果三等獎。社會越來越需要既熟悉專業又掌握信息技術的復合型人才。如何在有限課時的情況下夯實學生的計算機基礎，提高他們的計算機應用能力是我們下一步課程改革的主題。
參考文獻：
[1] 教育部高等學校非計算機專業計算機基礎課程教學指導分委員會．關于進一步加強高等學校計算機基礎教學的意見(征求意見稿)[J]．中國大學教學,2005(5):11-18．
[2] 邱捷,楊鵬,王韞鵬．用“大成智慧學”教育理念設計培養方案培育創新人才[J]．中國大學教學,2009(6):20-23．
[3] 李海穎．關于構建高校計算機基礎教學新模式的探討[J]．教育與職業,2008(11):81-82．
[4] 張銀霞,曲偉建,鄧丈新．高校非計算機專業計算機基礎教學存在的問題及對策[J]．教育探索,2008(11):61-62．
[5] 毛淑賢,朱桂鳳. 利用網絡平臺實行計算機應用基礎實驗教學改革的探討[J]. 計算機教育,2009(8):45-46．
Teaching Method and Experience of College Fundamental Computer
YANG Chengqun, CHEN Zhen
(Department of Computer Science and Technology, Hunan International Economics University,
Changsha 410205, China)
Abstract：This article shares some teaching experience from a teacher’s aspect on the basis of difficulties in teaching, such as liberal studies depend on excellent course network; teach students in accordance with their aptitude by way of group instruction and delaminating teaching; autonomic learning motivated by interesting; blank-leaving in teaching and so on, according the requirement of college fundamental computer to improve the students’ information literacy.
英特爾40歲生日過后四個月，Core i7出現了。這塊CPU包含了7.3億個晶體管，是英特爾第一塊CPU晶體管數量的32萬倍。走到這一步，英特爾只花了不到40年時間。
英特爾或者AMD老牌芯片生產商的歷史，可以看做是個人計算機行業發展史的一個縮影。從1971年英特爾開發出第一塊通用型CPU產品4004到Corei7，CPU中的晶體管數目已經增大數十萬倍，價格卻沒有變化太多。如果汽車行業也像CPU技術的發展一樣，現在每輛汽車的售價可能只有一毛錢。
1975年，比爾?蓋茨在報攤上看到一本《大眾電子學》雜志的封面廣告。就是這個廣告讓他退學創業，最終構建了龐大的微軟帝國。當時那個廣告上有一個方頭方腦的盒子，面板上有一些二極管，盒子里面裝了一塊英特爾的8080CPU。這讓比爾-蓋茨看到了未來的計算機發展方向：體積小，速度快，而且售價便宜。
在比爾?蓋茨和保羅?艾倫專注于這種新生事物的時候。英特爾其他的芯片制造商正在開發新的CPU。更快，更便宜，更多晶體管。
硬件和軟件開始相互追趕，更快的硬件上運行著更強大的軟件，更強大的軟件又需要更快的硬件。兩股線緊緊擰在一起，個人計算機的時代來到了。
新的更快的CPU源源不斷地被設計和制造出來。1981年的80286，1985年的80386，1989年的80486。英特爾首次在一塊處理器上突破了100萬顆晶體管，計算機的功能也開始日益多元化。除了數字計算和文字處理之外，影音娛樂也開始成為人們選擇計算機的重要考慮因素。
國內計算機用戶最初的記憶，大都和286或者蘋果的AppleⅡ有關。當年抱著幾盒5寸軟盤匆匆往返于學校機房和宿舍的情形依然如在眼前，那種驚喜和期待卻早就不知所蹤。計算機更新換代的速度越來越快，現在除了倉庫堆滿灰塵的角落或者博物館里。其他地方很少能見到那些當年讓我們魂牽夢縈的老古董。想想看，才不過是20多年時間。
20多年的時間，對于IT行業來說，卻猶如傳統行業的一個世紀般長久。
從286開始，個人計算機行業開始駛上了快車道。CPU的主頻開始以百萬赫茲為單位，進而變成了10億赫茲、20億赫茲、30億赫茲：小小一塊CPU中的晶體管數目從13萬，變成27萬、120萬、2000萬、8000萬，直到上億：單個晶體管的寬度從以微米為單位縮小到以數百納米為單位，直到現在的45納米技術……這一切，都發生在最近的20多年中。
到了今天，誰還能離得開計算機?
現在的45納米制程CPU，絕緣層只有五個原子厚。要進一步提高CPU的運算速度，需要考慮別的辦法。例如在一塊CPU中安裝多個計算核心，以數量換取速度。英特爾的首席技術官說，多核是未來的發展方向。
2005年，多核CPU奔騰D出現了。2006年上市的被網友們親切地稱為“扣肉2”的Core 2，采用和奔騰3―脈相承的技術，讓多個計算核心協同工作。個人計算機的計算能力已經超過30年之前的超級計算機。
更逼真的游戲畫面、更清晰的高清電影，這是對個人用戶最大的誘惑。畢竟計算機早已經成為生活中不可缺少的工具，而人們的期望永遠沒有止境。更多，更快，更強。計算機展示給我們的另一個世界，讓人們開始分不清現實和虛擬。
