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2008年5月,洛斯阿莫斯国家实验室研制的超级计算机“走鹃”成为了世界上最强大的计算机。虽然世界上“最强大的超级计算机”这一桂冠曾几易其主,但“走鹃”不仅仅是一台运算速度超快的机器,它超前的结构设计使它突破了每秒钟千万亿次浮点计算的难关,正因如此,“走鹃”点亮了计算机行业的技术革命。

洛斯阿莫斯实验室一贯以在各个领域进行创新著称,当然也包括计算机领域。正如实验室主任杰克·沃尔顿在1978年所说:“核武器科学推动了很多技术的发展,而且给计算机科学的研究提供了很大一部分的资金。而计算机也为解决核武器科学中的很多理由提供了工具和技术保障,否则,绝大部分的理由都很难这么快就得以解决。在突破千万亿次浮点计算的速度难关以前的几十年,实验室只能依靠机械的桌面计算器或者穿孔卡片机来进行制造早期核武器所需的计算,而国家安全与计算机之间的关系可不仅仅是巧合而已。

早期的计算机与曼哈顿计划

几千年来,人们一直需要通过计算工具来完成各种任务,包括最基本的算数管理记录与计时。在17世纪,诞生了世界上首个机械计算设备—滑尺。直到19世纪,可以剖析计算的计算机—先进的穿孔卡片计算机才开发出来,直到20世纪初才开始渐渐地失宠。

在二战开始前的十几年,复杂的模拟计算机异军突起,模拟计算机运用可测的物理量,比如距离或者是电压来代表数据。虽然上千年前,早期航海家们就已经使用例如“星盘”这样的模拟设备,但一直到20世纪初期,模拟计算机仍旧是一个相对简单的机器。到20世纪,高级模拟计算机的发展已经到达了顶峰,比如麻省理工大的“微分分析仪”—一个以它解决微分方程的能力而命名的机器,它是由范内瓦·布什和他的学生哈罗德·黑曾发明的。

20世纪30年代末,布什和他的机器都入选到国防项目中。在美国决定参加二战的前夕,在麻省理工学院的辐射实验室内,展开了很多关于重点防御技术的研究,比如雷达。在研究这些项目中,人们运用了很多工具,当然也包括“微分分析仪”。布什把几个重点项目规划为国防研究委员会的重点项目,而他本人在一段时间以后也成为了“科学研究与发展”实验室的主任。

国防研究委员会所研究的项目包括布什本人非常感兴趣的关于初级原******的研究。日本袭击了珍珠港以后,原******的研究迅速发展。经布什首肯,研究移交给了陆军工程兵部队,也是从这时候开始,这一计划开始被称为“曼哈顿计划”。而且有关这些项目的实验室也迁移到了圣达菲、新墨西哥州等地,后来人们称之为“Y计划”。

在刚开始时,“Y计划”(洛斯阿莫斯国家实验室的前身)为了设计制造出世界上第一颗原******应用了大量的计算设备。1943年春,实验室开始运转时购买了一些机械计算设备。在这些设备中,最有用的就是马钱特桌面式计算机,这些设备主要用于支持像“小男孩儿”那样的枪法式铀裂变核武器的计算。之后比较强大的IBM穿孔卡片计算机问世了,它可以进行更复杂的计算,可以用来支持像“胖子”那样的内爆型的钚元素的核武器的计算。

刚开始的时候,洛斯阿莫斯实验室的战时计算机缺乏机械可靠性,很大一部分的结果需要进行修正,而且经常算不出准确的结果。但是那段时间洛斯阿莫斯实验室拥有几位成绩斐然的科学家,比如理查德·费曼和尼古拉斯·梅特罗波利斯,他们俩开始决定亲自去维修桌面式计算机和打孔式计算机。像梅特罗波利斯和他办公室的同事埃尔德雷德·纳尔逊在战后说的那样:“当实验室的行政部门发现了我们所做的这些份外工作时,一些人开始挑剔,维修工作也受到干扰,可是后来因为能够工作的计算机越来越少,这些批判者们又开始恳求我们恢复之前的工作。”

尽管缺乏可靠性,但早期的计算机技术已经是必不可少的了,尤其是当梅特罗波利斯和费曼的维修能力越来越熟练之后。科学家们可以运用计算机模拟复杂的实验,在这些仿真中模拟出来的数据可以帮助科学家们理解内爆的原理。同样,计算机可以使科学家们准确地预测其他的物理和科学现象,比如1945年10月份的“三位一体核试爆”(Trinity Test)。而在此次核试验几周之后,原******投入了战场,而且最终以胜利宣告二战结束。

作为顾问,杰出的匈牙利数学家约翰·冯诺伊曼在Y计划中举足轻重,他为洛斯阿莫斯实验室的科研人员们引进了很多最前沿的计算机技术,其中包括世界上第一台电子数字积分计算机(ENIAC)。计算机由宾夕法尼亚大学设计建造,是为了美国陆军的火炮平台进行计算而设计的,这些数据帮助炮手们准确瞄准武器。ENIAC的多功能结构也使其用于早期的氢弹研究。事实上,ENIAC在当时是不被公众所知晓的,因为它的存在是当时的最高机密之一,但它悄无声息地在计算机的发展史上留下了浓墨重彩的一笔。

在战后的几年内,桌面式计算机和IBM打孔式计算机继续在实验室使用。但是人们对于更复杂、更强大武器的追求迫使人们寻求更加强大、更加高级的电子计算机。梅特罗波利斯和弗兰克·哈洛回忆到:“战争年代的经历使实验室内的科学家们和工程师们足够兴奋。机械化计算极大地刺激了战后现代计算机的发展。

冷战时期的计算机

二战后,洛斯阿莫斯实验室的科学家们改善了核裂变武器而且探索了制造氢弹的可能性,氢弹的破坏力比“胖子”和“小男孩”强了不止一个数量级。冯诺伊曼安排使用ENIAC在宾夕法尼亚州进行一些早期的氢弹计算,但很快就发现洛斯阿莫斯实验室需要属于它自己的新型超级计算机。在芝加哥工作的梅特罗波利斯接受了来自洛斯阿洛斯阿莫斯实验室与美国超级计算机的发展由优秀论文网站http://www.zbjy.cn提供,助您写好论文.莫斯实验室的邀请,来制造这样的一台电子计算机。ENIAC的诞生促成了几种类似的计算机的发展。梅特罗波利斯咨询了冯诺伊曼,并且在研究了数个此类计算机以后,设计出来了属于洛斯阿莫斯实验室的版本。这个计算机更加强大,而且用起来更加顺手,他们把它称为数学分析数值积分器计算机,简称为MANIAC。1948年,MANIAC正式建成,关于氢弹的研究也平稳地进行。1949年的8月,也就是苏联进行首次核武器实验几个月之后,氢弹的研制也被提上了日程。

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