一个创新的苗头(131021)

闵应骅

一个科研人员，干一辈子都不一定有创新。不论创新是成功，还是失败，总比没有好。当然，发表一篇文章，总得有个创新点，但那不是一个系统的创新工作。看到IEEE Spectrum 2013年10月号上，西雅图的华盛顿大学介绍了他们的一个工作。虽然还谈不上是一个成果，但是，看得出是一个创新的苗头。抓住创新苗头是第一重要的，包括研究动机、人家解决了没有、需要进行的工作，这些思路理清了，才能开始着手。本文想加上自己的看法，谈谈这个创新的苗头，也许有研究前途，对其他创新课题理清思路也许有一定的参考价值，供大家参考。

1．  研究动机

大家知道，现在节能是人类第一要务。人手一个智能手机，就像每人一个手电，日夜开着。虽然瓦数小，但架不住人多，成为能量巨大浪费。超级计算机成千上万的处理器，在任何时刻都只有一部分在工作，其他都是在浪费电能。在一个芯片内，也有所谓“黑硅”（“dark silicon”）的问题。就是说，芯片里的晶体管在同一时刻并不是都需要工作的，徒然浪费电能。所以，IT行业的节能是一个重要的任务。我在粗略计算与节能(130408)中已经谈到过这个问题。出路就是牺牲精确性，搞粗略计算。譬如你压缩一个电影要到飞机上看，每个画面里如果像素出现一些错误是无所谓的，可以粗略。但是，另外一些数据就不能有任何一位的错误。譬如一个网址，错一位也许就没有这个网址，或者跑到另外的网址去了。一个照片处理程序对于某些像素的错误也不敏感，但是，JPEG文件头却一位也不能错，否则所有修改都无效。所以，要区别，哪些可以粗略计算，哪些必须精确。

2．  基本假定

我们要想法使计算机及集成电路芯片有一种节能-易错模式。在这种模式下，虽然比较容易出现一些错误，但降低功耗。譬如降低CPU工作电压可能偶尔引起算术运算的差错，但功耗能降低。又如降低动态随机存储器刷新频率可以降低功耗，但可能引起某些位丢失。无线装置可以转入节能状态，如果允许某些通讯差错的话。这些假定需要做硬件的试验。

3．  主要工作

华盛顿大学这个研究组设计了一种试验性的语言，EnerJ，在软件中区别两种数据类型，即粗略型和精确型。粗略型数据只保证最高若干位是正确的。譬如处理一个1000x1000黑白图像的亮度，从第1行第1个像素开始，一直到第1000个像素，逐个相加，加出一个检查和TOTAL。再做第2行，如此下去，最后，用1000K除TOTAL就得到像素平均值。如果这一百万像素的某些值错误，或者相加有错误，问题不大。但是，行计数I和列计数J必须绝对正确。否则，计算就可能全错了，甚至无法停机。这时，TOTAL是粗略型，而I和J是精确型。精确型变量可以赋值给粗略型变量，但粗略型变量不能赋值给精确型变量。粗略型变量可以存储在不可靠的低刷新率的DRAM中，而精确型变量不可以。粗略型变量的运算可以在低电压下进行，而精确型变量的运算不行。所以，程序能够区别粗略计算或精确计算。

4．  存在问题

这个想法我觉得可取，他们这种语言已经实现样机。但是，要成为一个创新成果，还有许多工作需要做。首先是验证基本假设是否成立。没有这一条，那些软件的努力都是白费。其次，我担心的是：软件在粗略计算与精确计算之间可以转换得很快，而硬件，譬如供电电压的变化就不太可能跟上。目前已经采用的供电电源切换也有这个问题。最后，当然是省电的效果。究竟能省多少电？对性能的影响有多大？诸如此类的研究工作当然很多。这些工作还有许多创新余地，并不是他们华盛顿大学一家所有。甚至，换个思路。柳岸花明又一村。如果成功，那将是重大成果。对计算的概念有推广；对IT产业将是一个革命性的变化。现在手机里、CPU里，也有所谓省电模式，但不知道效果究竟如何，也许是虚晃一招而已。科学研究不能这么做，要落实。

一个创新苗条不光是一个Idea。当你冒出idea的时候，你得考虑这个想法有意义没有？所需的论证或实验可能进行吗？idea人人都有，时时都可能冒出来。但是，常常要不是海市蜃楼，像做梦一样；要不就是空中楼阁，不可能实现。悬空、脱离实际的idea 对科研没有意义。鉴别一个想法是不是可以往下做，决定于自己的水平。要不然，为什么需要学术带头人和研究集体呢？路走错了，徒然浪费时间而一事无成。至于说成功，那就远了，非你个人可以左右。但是，绝不要把科研看作就是发表一篇论文，也不要把论文取录了，就看作是成功了。