博文
深入理论逻辑研究是创新发明的基础
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姜咏江
我是学数学出身，后来搞了计算机。几十年下来有一个深刻的体会，那就是任何一项研究都要在逻辑上搞通，这样才会获得成功。不说数学问题，因为数学不讲逻辑将寸步难行。单就计算机的核心结构说一点我的看法。
近几年“多核”相当的热，虽然市场上已经推出了多种“多核处理器”，实际上除了商家的神说之外，根本就没有能让人满意的产品。按着多个核“同时工作”的想法，在单核处理器上执行的同样一些任务程序，在多核上执行时，整体完成的速度应该是成倍数提高才对。实际上“多核”根本做不到这一点。原因在哪里？只要认真地分析，不难从逻辑上找到原因。
所谓“核”是能够执行程序的基本单位。目前，不论简单还是复杂的核，都是由处理器和存储器构成的，而且程序执行的基本方式都是“服务式”（处理器对存储器提供指令执行服务）。假如每个核都有一个程序在执行，那么整体任务执行的速度一定是单个核的准n倍。假如所有的核都是一样的，即所谓的“同构核”，那么在一个核上执行的程序没有必要换到其他的核上去，因而不必考虑程序执行中如何“搬家”的问题。那么剩下的问题就是：
1. 后续程序段如何进入存储器继续？
2. 在不同核上运行的程序之间如何通信？
3. 程序执行完成或程序中断的核如何被重新分配任务？
4. 被中断执行的程序如何再恢复执行？
5. 初始阶段，空闲的核如何安排工作？
以上各项内容就是所谓的程序调度问题，可见程序调度是“同构多核”要处理的基本问题，也是多核计算机效率提高的关键。
随着任务需求的复杂化，将各种功能都组织在一个计算机核内的设计方法已经不适应发展的需要，因而“处理器异构”的多核必然成为发展的趋势。这样“多核”又会有同一程序在执行中需要在不同类型处理器间转移，从而完成不同性质的操作。这种程序转移会随着任务种类的增加而增加，而且频率会越来越高。因而这种程序在不同类型处理器之间“搬家”问题，也必须很好地解决。
“服务式”程序执行必须要有直接将程序和数据提供给处理器的存储器，不管你把它叫“Cache”还是“缓存”。多核方式是将处理器和“直接存储器”捆绑在一起，形成固定结构的“核”，而将各种核以网络的方式连接在一起，因而就决定了这种多核结构必然要用软件的方法进行程序执行调度。软件执行是要占用处理器的，也就是说不论何种软件都要占用一定的机时，所有程序的调度都要通过软件管理，必然形成多核完成任务的瓶颈。这是目前的多核计算机效率不高的根本原因。
以上列出的五点，再加上“程序搬家”和程序调度的“软件瓶颈”是片上多处理器（CMP）或叫片上多核需要很好解决的问题，否则CMP不会有广阔的发展。
现在很多人从事计算机创新研究采用“工程”或“工艺”式，这容易受到两个方面的限制：
1. 工程思想限制。这种思想过多地见到的是成熟的作法，回避那些需要解决，但存在风险的问题。
2. 工艺思想的限制。这种思想常常是“见物不见人”，将当前能否实现的材料和工艺作为了科研的依据。
这两种情况无疑是制约我们能够“科技创新”的因素，我们应设法搬掉它。任何创新科学研究都必须首先着眼于“逻辑研究”，先要在理论上能够通过，而暂时不必追求其在现实条件下能否实现。实践证明，许多创新科研都是在若干年后才实现的！
我国的科研体制不适应“科技创新”，其焦点问题是“任务式”“工程式”。特别是国家基金支持的科研项目，接受基金支持的科研单位必须定期完成任务，故而“急功近利”，“应付差事”，甚至“谎报成绩”，弄虚作假的现象层出不穷。
改变“跟着美国跑”的现状，深入进行科研项目的逻辑研究，瞄准那些国外国内尚未解决的问题，才可能产生“原创”，才能够培养出世界一流的科技人才。
2010-3-26
https://blog.sciencenet.cn/blog-340399-306339.html
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