什么是高性能计算机_高性能计算机在世界的发展_高性能计算发展与应用(5)

美国国家科学基金会认为，高性能计算机正处于重要的转折期，因此在2001年开始启动一系列项目，鼓励“革命性体系结构概念”的研究，其中的一个重点就是如何用好摩尔定律带来的硬件进步，提高计算机的效率和生产力。更多细节见下文。

让我们不要考虑整个电脑系统，只集中于半导体数字电路芯片。在这个领域，针对如何有效地使用摩尔定律的问题，电脑界已经总结出了一个宏观规律，称为牧村浪潮（见图3）。这个经验观察规律是日立公司的首席技术专家牧村次夫于1987年第一次提出的，并于2001年加以修订，以覆盖2007-2017年的预测情况。经过了十余年的检验，人们发现这个经验观察比较精确。现在，牧村浪潮已经越来越受到人们的重视。

当牧村次夫在1987年第一次提出他的观察（后来人称牧村浪潮）时，他只考虑了1957到2007年的情况。牧村浪潮包含三个要点。第一，半导体芯片产业交替重复标准化和专用化的周期；第二，这些周期同时受技术和市场因素推动产生；第三，每个周期为时大约20年，标准化阶段和专用化阶段各为10年。

半导体芯片的牧村浪潮（Makimoto’s Waves）

牧村浪潮的成立是由市场和技术的原因造成的。在2003年，牧村次夫再次将这些原因归纳比喻为一种钟摆运动（见图4），阐述了芯片产业重复标准化和专用化周期的道理[7]。

牧村次夫认为，我们现在处于这样一个可重构阶段（field programmability，FPGA是一个例子）：半导体产业界的技术（尤其是制造技术）是标准化主导（因为制造成本太高），但市场却是专用化主导。因此，标准可重构芯片正是解决标准化技术和专用化市场这一矛盾的最好途径。需要可重构的另一个原因是产品升级太快，一个芯片的使用周期从3-5年降到了1年（尽管使用总量可能不变）。可重构才能适应这样的变化（见图5）。牧村次夫预测，这将适应我们正在进入的，以微机为代表的第一次数字浪潮以后的第二次数字浪潮，它的特点将是数字化消费者电子和网络产品（见图6），其市场将超过第一次数字浪潮。

ASIC的成本优势正在消失。量越大，ASIC的总成本越低。但是，到2005年，300 MHz、30万门的芯片产品，如果量超过30万片，FPGA的总成本将低于ASIC芯片。

图5.牧村浪潮的市场和技术原因：钟摆运动

“When large numbers of new technologies, such as devices, architectures, and software, appear, the semiconductor industry as a whole moves towards standardization. Then, aspects appear that function to suppress this motion, [such as] the need for product differentiation and added value, and the imbalance between supply and demand. In the other direction, progress in design automation and advances in technologies such as CAM and CAT occur and the semiconductor industry then shifts to customization. When the whole semiconductor arena becomes oriented towards customization, there then appear reverse trends towards early market entry, cost reductions, and more efficient operation.”[7]

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