寫了硬件的發(fā)展史之后，屬于歷史，那么我們也要展望一下未來(lái)的可能性。所以就有了今天這一篇。我們知道硬件的設(shè)計(jì)需求是根據(jù)具體使用場(chǎng)景的遇到的痛點(diǎn)，然后可能會(huì)提出新的需求。

我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)各個(gè)架構(gòu)有一定的趨同性，無(wú)論是x86還是arm也在相互學(xué)習(xí)，x86學(xué)習(xí)arm的低功耗，arm也想提高性能。所以精簡(jiǎn)指令和復(fù)雜指令不再那么純粹。各種總線也在相互借鑒，比如都有內(nèi)存分頁(yè)，除了寄存器定義不同，宏觀上的分頁(yè)結(jié)構(gòu)基本是一致的。所以好的東西都在用，這樣對(duì)軟件也有一個(gè)好處，硬件形態(tài)的設(shè)計(jì)規(guī)范，會(huì)使得軟件的移植性更好。

除了一些特定使用場(chǎng)景的硬件設(shè)計(jì)，我們普遍希望的是提高處理速度。我們以服務(wù)器使用場(chǎng)景為例子，來(lái)一些可能已經(jīng)存在的猜測(cè)，然后我們?cè)僬雇幌挛磥?lái)處理器（光子計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)等）的形態(tài)對(duì)于編程的影響

先說(shuō)可能存在的猜想。我們說(shuō)過(guò)服務(wù)器為了提高吞吐量，是分布式的，提高穩(wěn)定性支持內(nèi)存，cpu的熱插拔等。那么為了提高性能。

在一個(gè)服務(wù)器主板上可能是怎樣的呢？是單個(gè)操作系統(tǒng)還是多個(gè)操作系統(tǒng)呢？對(duì)于同構(gòu)的處理器可以是單個(gè)系統(tǒng)。對(duì)于異構(gòu)的只能是多個(gè)系統(tǒng)。假設(shè)猜測(cè)是多操作系統(tǒng)之間的配合協(xié)調(diào)。實(shí)際也有可能是一個(gè)分布式的操作系統(tǒng)。單系統(tǒng)。但是不影響我們說(shuō)明問(wèn)題。

我們假設(shè)我們?cè)L問(wèn)百度，百度不可能只有一個(gè)機(jī)房，一個(gè)機(jī)房不可能只有一個(gè)服務(wù)器。這些從百度的網(wǎng)址找到具體的服務(wù)器（通常肯定是多個(gè)，然后負(fù)載均衡）。我們就假設(shè)找到了一個(gè)服務(wù)器，然后這個(gè)服務(wù)器的形態(tài)是怎樣的會(huì)好呢。我們猜測(cè)的硬件形態(tài)如下圖：

注意這里的cpu1，2，3表示的不是core，而是一顆多核心的cpu。由于我們假設(shè)是多系統(tǒng)的，那么我們就假設(shè)這幾個(gè)cpu都跑linux，系統(tǒng)在各自cpu的local memory里面。然后global memory是每個(gè)cpu都可以訪問(wèn)的。這樣這幾個(gè)cpu之間就可以通過(guò)共享內(nèi)存來(lái)通信，至于gloabl memory里面是什么結(jié)構(gòu)來(lái)組織的實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存通信，這個(gè)是實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。假設(shè)global里面有一個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣相當(dāng)于多個(gè)cpu使用了一個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)。或者是一個(gè)內(nèi)存文件系統(tǒng)，那么多個(gè)cpu之間共享了一個(gè)文件系統(tǒng)。或者更簡(jiǎn)單的一些消息通信機(jī)制，比如就是個(gè)類似ringbuffer的東西，這樣cpu之間可以根據(jù)定義的ringbuffer的結(jié)構(gòu)通信。

服務(wù)器重要的是什么一個(gè)是速度，還有一個(gè)是數(shù)據(jù)的備份，保存，數(shù)據(jù)庫(kù)之類的。數(shù)據(jù)庫(kù)有內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)redis，還有磁盤數(shù)據(jù)庫(kù)mysql之類的。所以最終的數(shù)據(jù)都要進(jìn)入磁盤。所以這個(gè)就有一個(gè)矛盾并發(fā)和互斥訪問(wèn)的矛盾。為了速度我們?cè)诓粩嗟奶岣卟l(fā)的可能，提高單個(gè)核心的速度，但是對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，同一個(gè)總線，同一塊內(nèi)存，同一個(gè)磁盤的訪問(wèn)總會(huì)互斥，有些是硬件上要支持的互斥，有些是軟件保證的互斥。所以就要考慮盡量減少互斥的范圍。

目前的情況是我們的cpu的兩個(gè)核心，訪問(wèn)內(nèi)存的時(shí)候，是互斥訪問(wèn)的，因?yàn)槭峭粋€(gè)總線。那么有沒(méi)有這樣一種可能，如下圖：

如上圖我們兩顆cpu訪問(wèn)同一內(nèi)存條假設(shè)20G，那么紅色的部分就要保證互斥訪問(wèn)，訪問(wèn)者，要先獲得總線所有權(quán)，然后訪問(wèn)釋放。對(duì)于整個(gè)20G的地址空間都要互斥。這樣互斥的共享空間限制太大了20個(gè)G。由硬件保證在微觀上兩個(gè)cpu訪問(wèn)內(nèi)存條是互斥訪問(wèn)的。

那么我做一個(gè)猜想有沒(méi)有這樣一種memory，比如可以提供2，4，8個(gè)通道，這樣多個(gè)cpu使用不同的通道，只要訪問(wèn)地址不同，就在硬件上，不會(huì)爭(zhēng)奪總線。或者難以實(shí)現(xiàn)的話，我們?nèi)趸恍?K為一個(gè)地址范圍。比如這20G的地址空間是0-20G，那么假設(shè)一個(gè)cpu訪問(wèn)的地址是0《addr《4K，如果另外一個(gè)cpu也訪問(wèn)這個(gè)內(nèi)存條，那么如果地址范圍也在0-4K那么就要總線互斥，但是如果訪問(wèn)的是4k-8k，那么就可以不需要總線互斥，在微觀上，硬件上確實(shí)做到一定程度的并發(fā)訪問(wèn)。猜測(cè)的可能的硬件形態(tài)如下圖：

如上圖，cpu1通過(guò)紅色的總線訪問(wèn)這個(gè)內(nèi)存條，cpu2通過(guò)綠色的總線訪問(wèn)這個(gè)內(nèi)存條，內(nèi)存條出廠的時(shí)候有一個(gè)判斷電路，看紅色和綠色的地址是否4K空間沖突。如果不沖突，那么可以微觀上完全并發(fā)，如果沖突，那么就只能互斥訪問(wèn)。

異構(gòu)內(nèi)存文件系統(tǒng) ：可能沒(méi)有這個(gè)概念，是我臆造的，不知道是否存在。

我們的總線上有多顆cpu，每顆都有自己的系統(tǒng)，但是我們的memory里面可以有一個(gè)內(nèi)存文件系統(tǒng)，我把它叫做異構(gòu)共享文件系統(tǒng)，兩顆cpu都可以訪問(wèn)，并且兩個(gè)cpu里面可以跑不同的系統(tǒng)，也不要求是同一種硬件架構(gòu)。如下圖：

前面的一些屬于一些合理猜測(cè)或者臆造，不知道是否存在，也許還真的已經(jīng)存在。

接下來(lái)我們說(shuō)光子計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)。有一段時(shí)間炒作的很火，我們不說(shuō)炒作嫌疑，畢竟無(wú)論什么行業(yè)剛開(kāi)始都會(huì)有夸大炒作。但是只要發(fā)展方向是對(duì)的遲早實(shí)現(xiàn)，就是時(shí)間問(wèn)題。

光子計(jì)算機(jī)低功耗，速度快，量子計(jì)算機(jī)更是速度快。那么假設(shè)這些最終都實(shí)現(xiàn)了，那么編程的形態(tài)會(huì)不會(huì)變化？我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)的編程語(yǔ)言，編程思想，整個(gè)軟件生態(tài)還能不能用？

我認(rèn)為對(duì)于軟件生態(tài)是一個(gè)機(jī)會(huì)，可能c語(yǔ)言，java語(yǔ)言等等各種編程語(yǔ)言還能用，也許會(huì)有新的語(yǔ)言出來(lái)。新的系統(tǒng)出來(lái)。這個(gè)對(duì)于整個(gè)軟件生態(tài)都是機(jī)會(huì)。新的計(jì)算形態(tài)完全沒(méi)有必要整個(gè)將老的推翻。而是適配向上兼容。

也許新的計(jì)算機(jī)表示信息不再是2進(jìn)制，都不好說(shuō)，但是我們的高級(jí)語(yǔ)言是通過(guò)編譯器編譯的。對(duì)于語(yǔ)言不需要知道計(jì)算機(jī)信息表示是幾進(jìn)制。這個(gè)通過(guò)編譯工具鏈掩蓋了。

所以新的針對(duì)光子處理器，量子形態(tài)的處理器會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的編譯工具鏈。向上兼容現(xiàn)有的軟件生態(tài)（語(yǔ)言，系統(tǒng)，工具），也許不完全兼容，但是大部分兼容。我們?cè)诹孔佑?jì)算機(jī)和光子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行我們?cè)瓉?lái)在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上的程序，我們不需要知道底層是光子計(jì)算機(jī)還是量子計(jì)算機(jī)。就像我們寫的程序。我們用不同的工具鏈編譯運(yùn)行。我們不需要知道是x86的還是arm的一樣。這就是向上兼容。通過(guò)編譯工具來(lái)翻譯。加上光子計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的速度的極大提升，會(huì)出現(xiàn)新的針對(duì)這么高速度的的操作系統(tǒng)，新的軟件生態(tài)的擴(kuò)充，而不是消滅老的。對(duì)于軟件來(lái)說(shuō)反而是機(jī)會(huì)。也許會(huì)出現(xiàn)新的針對(duì)該種計(jì)算機(jī)的新的編程語(yǔ)言，但是完全不會(huì)消滅老的語(yǔ)言。新的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)出現(xiàn)，同樣對(duì)于應(yīng)用編程者也是機(jī)會(huì)。