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惠普提出The Machine这个概念正值梅赛德斯奔驰那个重新发明汽车广告红火的时候，于是世界各大媒体导报的时候也用上了“惠普重新发明电脑”，去年年底The Machine在几经波折后终于登场。当摩尔定律不再，英特尔开始奉行Tick-Tock-Refresh策略，传统电脑架构似乎变得岌岌可危，The Machine的出现看似救世主，那么它会用什么重新定义电脑呢？ 脚踏摩尔定律尾巴 摩尔定律一直是业界挂在嘴边的金科玉律，然而从2002年开始，换工艺反而功耗失控翻车的事件像病毒一样散布开来，普遍流传的那个版本的摩尔定律已经大打折扣。这仅仅是开始， 2014年后连intel都开始了令玩家发指的“挤牙膏”，10nm更是让原本要明显慢一拍的台积电和三星去趟地雷。 IBM给出的半导体技术路线图（研究领域的时间表，实际产品会晚上几年），几乎每十年就会有一只拦路虎，发展的阻力越来越大，投入产出越来越不成比，TI等大佬也纷纷退出，这才有业界齐刷刷的挤牙膏。 2000年除了Gate Oxide Limit以外光刻精度也成了问题，模拟半导体线宽缩小进程在180~130nm节点就停止很大程度上和光刻精度有关。最新式的193nm光刻机在当时就被认为最多能撑个几年就要换EUV（极紫外）光刻机，然而这一拖就是近20年，业界普遍认为13.5nm EUV光刻将在2019年的7nm时代应用。 技术细节上极紫外光刻跟深紫外（DUV，即193nm多重曝光）有很大不同，并且在光刻胶领域尚无突破，日程表排在7nm时代的原因是这时候使用深紫外光刻成本会明显更高。不过对7nm而言，极紫外的13.5nm也是喂不饱的存在，前景扑朔迷离，整个行业面临洗牌。 多级存储架构是为兼顾速度和容量设计的，然而即使如此也已经越来越影响整体性能发挥，在上一个5年间，SSD（固态硬盘）成为PC时代最伟大的进步，有效的为不少老台式机电脑、廉价笔记本续命，这不是SSD本身伟大，而是原来的传统硬盘实在太慢了。事实上，多级存储架构中，即使是SSD，性能也难以满足大数据时代的要求。 十多年前的i-RAM是业界的一次不算成功的尝试，搭配电池以后，就可以享受跟DRAM相同超低延迟的硬盘了，这是PC用户第一次体验到真正顶级计算机的性能，然而玩票性质的商业开发和内存类型的限制使i-RAM仅仅昙花一现，业界当前的主力依旧是闪存。 对现有计算机架构而言，存储系统的速度着实成为瓶颈，即使是SSD，跟内存（DRAM）性能差距也在三个数量级。在超级计算机方面明显内存容量已经跟不上核心数量的增长了，CPU核心数量可以继续增长，甚至加入GPU、FPGA，但内存限于性能要求，容量增长速度明显不如。带来的问题就是超级计算机刷Linpack风生水起，但实际运行速度则因为编程的滞后跟内存容量的不足严重滞后。大数据时代，冯诺依曼体系的存储体系日渐成为累赘，惠普重新发明电脑，也正是这个原因。 让存储变成核心元件 处理器为中心转为存储系统为中心，数据不再由运算节点私有，而是开放给所有处理器，这就是The Machine的变化。运算节点可以是通用处理器，也可以是专用FPGA、GPU等加速器。 展示中的The Machine节点，非易失性存储器通过光网互联构成统一存储池，因此在The Machine中，存储架构、光网是重头戏。结合示意图可以看出，The Machine主体已经变为存储池。 当多级存储架构也难以跟上运算需求的时候，干脆将分级减少，在The Machine中，整个系统分为内存和非易失性存储，传统硬盘和SSD都成了磁带机。业界寻找非易失性存储介质之路从未停息，目前使用的NAND的速度跟成本高度相关，耐久度却跟容量成反比，替代传统硬盘指日可待，但并不适用于高性能领域。 PCRAM即相变存储器（Phase-Change Memory）是比较早被关注的选项，特点是性能远超NAND，容量和同时代NAND类似，但耐久度要高三个数量级，IBM是PCRAM的支持者。 惠普在The Machine中原计划使用忆阻器（Memristor），忆阻器是一种新近诞生的,继电阻、电感及电容之后第四种基础电路元件，是一种能够记忆流经其电荷的元件。性能上，忆阻器与PCRAM互有胜负，写入功耗上要低一个数量级，是比较理想的选择，惠普曾宣布和海力士合作量产忆阻器，但就在2015年，计划发生改变，The Machine原型机选择了现成且更加强大的NVDIMM作为NVM（Non-volatile memories）。
NVDIMM是一种集成了DRAM+闪存芯片的非易失内存技术，不但继承了DRAM技术带宽高、成本低、随机访问的特性，又能够在系统完全掉电时保存完整数据。正常运行时，表现为普通DRAM，但在掉电时，由超级电容供电数秒，NVDIMM能迅速将内存数据转移到闪存中。当电力恢复后，能快速还原数据，系统瞬间恢复至掉电前的工作状态继续工作，从而达到了掉电保护的目的。让人想起曾经的i-RAM，但工业设计上是真正批量的产品， 8GB产品目前已经在惠普ProLiant Gen9服务器上使用。某种意义上说，The Machine实现了十多年前高端PC玩家的理想：超大容量i-RAM做硬盘。
存储介质是速度的基石，文件系统不跟上则会造成极大浪费：在传统文件系统中使用NVM存储器的时候延迟时间很短，远高于SSD，但构成上看，其软件开销（software overhead）占比竟然高达70%，而SSD则在20%左右，HDD仅为0.3%。
由此可见，传统文件系统是真对HDD这种慢速存储器设计的，配合The Machine会成为巨大的累赘，NVM文件系统将会取消对高速存储已经没有意义的页缓冲，大幅降低软件开销。NVM FS已无需缓冲，充分释放The Machine的潜力，回想起来，当年的 i-RAM也是吃了文件系统的大亏。
光纤替代铜缆早已在外部网络中进行，计算机内部网络则刚刚开始。从数据中心的网络设备到机架内设备的互连、乃至芯片封装内部的通信电路，全部都采用光通信。从而使得通信效率大为提升。性能方面光纤可以提供更高的数据吞吐和提供更低的延迟，更重要的是，光纤互联的成本仅有铜互连的1/8，功耗降低到后者的1/20，在The Machine这样完全共享存储资源的系统中尤为重要。
敢问路在何方 根据惠普的仿真测试，The Machine的能力是常规计算机的6倍，能耗却只有后者的1.25%，体积则只有10%左右，在大数据时代，尤其是常规计算机高性能存储捉襟见肘的时候尤为突出。
IBM蓝色基因是超级计算机中能效比的佼佼者，在面对蓝色基因的标杆：Sequoia超级计算机时（红杉，曾经的TOP500排名第一，今天的第四），The Machine用十分之一的运算核心，1/20的功耗达到了更高性能。在超级计算机领域，原本总在20名开外的惠普终于有机会登上历史舞台。 当然，The Machine也存在软件开发思路转变的问题，距离2020年不远了，惠普要抓紧。
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