聚创造

人工智能与智能计算的发展

2025-01-13 14:36:05

一、计算技术发展简介

计算技术的发展历史大致可分为四个阶段，算盘的出现标志着人类进入第一代——机械计算时代，第二代——电子计算的标志是出现电子器件与电子计算机，互联网的出现使我们进入第三代——网络计算，当前人类社会正在进入第四阶段——智能计算。

早期的计算装置是手动辅助计算装置和半自动计算装置，人类计算工具的历史是从公元1200年的中国算盘开始，随后出现了纳皮尔筹（1612年）和滚轮式加法器（1642年），到1672年第一台自动完成四则运算的计算装置——步进计算器诞生了。

机械计算时期已经出现了现代计算机的一些基本概念。查尔斯∙巴贝奇（Charles Babbage）提出了差分机（1822年）与分析机（1834年）的设计构想，支持自动机械计算。这一时期，编程与程序的概念基本形成，编程的概念起源于雅卡尔提花机，通过打孔卡片控制印花图案，最终演变为通过计算指令的形式来存储所有数学计算步骤；人类历史的第一个程序员是诗人拜伦之女艾达（Ada），她为巴贝奇差分机编写了一组求解伯努利数列的计算指令，这套指令也是人类历史上第一套计算机算法程序，它将硬件和软件分离，第一次出现程序的概念。

直到在二十世纪上半叶，出现了布尔代数(数学)、图灵机(计算模型) 、冯诺依曼体系结构(架构) 、晶体管(器件)这四个现代计算技术的科学基础。其中，布尔代数用来描述程序和硬件如CPU的底层逻辑；图灵机是一种通用的计算模型，将复杂任务转化为自动计算、不需人工干预的自动化过程；冯诺依曼体系结构提出了构造计算机的三个基本原则：采用二进制逻辑、程序存储执行、以及计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备这五个基本单元组成；晶体管是构成基本的逻辑电路和存储电路的半导体器件，是建造现代计算机之塔的“砖块”。基于以上科学基础，计算技术得以高速发展，形成规模庞大的产业。

从1946年世界上第一台电子计算机ENIAC诞生到二十一世纪的今天，已经形成了五类成功的平台型计算系统。当前各领域各种类型的应用，都可以由这五类平台型计算装置支撑。第一类是高性能计算平台，解决了国家核心部门的科学与工程计算问题；第二类是企业计算平台，又称服务器，用于企业级的数据管理、事务处理，当前像百度、阿里和腾讯这些互联网公司的计算平台都属于这一类；第三类是个人电脑平台，以桌面应用的形式出现，人们通过桌面应用与个人电脑交互；第四类是智能手机，主要特点是移动便携，手机通过网络连接数据中心，以互联网应用为主，它们分布式地部署在数据中心和手机终端；第五类是嵌入式计算机，嵌入到工业装备和军事设备，通过实时的控制，保障在确定时间内完成特定任务。这五类装置几乎覆盖了我们信息社会的方方面面，长期以来人们追求的以智能计算应用为中心的第六类平台型计算系统尚未形成。

现代计算技术的发展大致可以划分为三个时代。IT1.0又称电子计算时代（1950-1970），基本特征是以“机”为中心。计算技术的基本架构形成，随着集成电路工艺的进步，基本计算单元的尺度快速微缩，晶体管密度、计算性能和可靠性不断提升，计算机在科学工程计算、企业数据处理中得到了广泛应用。

IT2.0又称网络计算时代（1980-2020），以“人”为中心。互联网将人使用的终端与后台的数据中心连接，互联网应用通过智能终端与人进行交互。以亚马逊等为代表的互联网公司提出了云计算的思想，将后台的算力封装成一个公共服务租借给第三方用户，形成了云计算与大数据产业。

IT3.0又称智能计算时代，始于2020年，与IT2.0相比增加了“物”的概念，即物理世界的各种端侧设备，被数字化、网络化和智能化，实现“人-机-物”三元融合。智能计算时代，除了互联网以外，还有数据基础设施，支撑各类终端通过端边云实现万物互联，终端、物端、边缘、云都嵌入AI，提供与ChatGPT类似的大模型智能服务，最终实现有计算的地方就有AI智能。智能计算带来了巨量的数据、人工智能算法的突破和对算力的爆发性需求。