微軟對於極限運算研究方向及觀察：連續運算所創造的新契機

微軟高效能運算事業部前端暨雲端應用平台總監Doug Burger的主要工作職責是「重新界定人們使用運算裝置的方式及經驗，並依此建立其所需的軟硬體系統及晶片功能」，他日前於「微軟智慧雲端平台及應用開發研討會」上發表演說時表示，各種雲端運算應用與平板電腦裝置已觸動新一代「連續運算(Continuous Computing)」時代的興起，以往軟硬體產業平穩發展的狀況即將被打破。而隨著此項趨勢所帶來的快速變革，無論是硬體或軟體公司都會受到相當的衝擊。「對於IT產業而言，這是一項機會，也是莫大的危機與挑戰。」

就像瀏覽器與電子郵件帶領人們進入網際網路運算時代，而Amazon EC2商用網路服務、適地性應用與社會網路促成雲端行動環境發展的情況類似，隨著平板電腦、觸控式螢幕及各式感應裝置開始大量進入人們的生活，以手勢、語音…等自然使用者介面(NUI)做為輸入方式的各種應用也將急劇增加，這不僅讓人們與各項隨處可見的運算裝置整合得更加緊密，也同時使其享受到更多豐富且個人化的雲端服務。Burger強調：「特別是在多核心電腦進入市場之後，預計NUI及其第一項殺手級應用將會在2012年勃興，也等同宣告『連續運算』時代的來臨。」

面對此項變局，電腦系統及運算架構應該朝何方向演化因應？Burger認為，若要達到連續運算的目標，該運算環境需要滿足系統與系統切換間低摩擦、隨時可取得運算資源、以內容為導向、能提供個人化服務，以及高隱密與安全性…等條件，這表示無論在雲端(Cloud)或終端(Client)環境，都需具有足夠強大的運算能力才能勝任。但這是一項非常大的挑戰，需要將其環境架構中的每一個區塊，進行各項仔細的整合與協同設計才能運作，「這唯有透過雲端與終端內，各相關軟硬體及網路廠商彼此緊密配合，才有機會達成。」Burger這麼表示。

以典型的連續運算─微軟Kinect技術為例，即是使用融合各項行動感知與追蹤技術的「3D深度感應器」偵測玩家的動作，讓使用者無需使用傳統的控制器，即可利用聲音、手勢及各式肢體動作，以最自然的方式進行遊戲的控制，並享受到更多身入其境的娛樂經驗。Burger說：「微軟一直與其軟硬體合作夥伴保持良好密切的互動關係，並積極推動共同研發工作的進行，是這項開發專案最後之所以能夠成功的最大關鍵。」

此外，「充分整合端點的資源對於連續運算而言也非常重要。」以Microsoft Research於近期在ASPLOS所發表的Pocket Cloudlets為代表，Burger表示：「現在的端點裝置儲存空間動輒超過1TB，如果能夠加以有效利用，將其視為雲端上的端點，將大部分常用的網站索引快取到Flash儲存區中，對於提升整體運算效能會極有幫助。」由於相當多的行動資訊都可由快取區進行提供，因此可減少立即上行連結的需求，有70%的點擊在4毫秒內即可完成，Burger說：「這較以往的速度整整提升了1,000倍。」

另一方面，隨著現在各式雲端應用，如實驗、模擬、儲存、文件及消費等項目的浮現，在造成全球資訊量以Petabytes速度在倍增的同時，也提高了人們想要從中即時探勘、搜尋及分析的困難度，這也因而使得雲端資料中心架構也需要跟著演進，由以往講求效能的伺服器、重視單位密度與配置的機櫃、強調延展性及穩健度的貨櫃式資料中心，到最新可同時滿足「總體持有成本最低」及「即時上線使用」的IT PAC，其整體系統規模不僅越來越大，擴充時亦更具效率。

而由於雲端資料中心能力的急速上升，也使得以往許多成本昂貴的雲端運算應用變得更為經濟實惠。以人類基因組地圖解碼為例，根據George Church於2010年2月發表於IEEE Spectrum的資料顯示，2004年製作一份人類基因組地圖仍需要耗資30億美金，時隔不過6年，其成本便驟降至45,000美元，為過去所需費用的60,000分之1。「預估最終還會再降到100美元的水準。」更有趣的是，隨著儲存裝置容量的提升，現在1組完整的人類基因組地圖只需1.5個3G隨身碟即可儲存，顯見IT技術演進對於應用的影響及威力。

「這也表示人們使用雲端應用服務的機會將會越來越高。」不過因為這些服務項目往往都會記錄大量使用者的個人隱私資料，以及其運用網路時的態度與行為，因此如何在雲端中確保其安全性就變得十分重要。Burger表示：「有心人士只要擁有這些個人資料，就可以在網路世界中偽造身分，將其進行重塑。」這也使得消費者在使用雲端服務時，必須要在保障個人隱私與享受豐富服務之間，設法取得平衡。

由上述的各項說明可知，連續運算有許多應用服務項目都需要透過雲端與終端兩者的結合，才能讓使用者享受到最佳的體驗。一般來說，如私有/公有資料服務、信任與安全服務機制是由雲端負責；增強互動性、感應器資料輸入、預期作業…等是由終端處理。「至於環境感知、內容感知與適應性行為，則是需要雲端/終端互相搭配才能完成。」因此為了實現連續運算的目標，無論是終端或是支援雲端運算的資料中心，本身就需要不斷的升級擴充，才能滿足相關的要求。

但這也並不表示連續運算的發展沒有碰到任何問題。「最大的問題來自半導體，其擴充發展性已陷入瓶頸。」根據研究顯示，儘管製造商在半導體中不斷增加新的電晶體數量，但其執行效能卻幾乎處於停滯狀況，沒有跟隨成長。而為了突破此一困境，在效能、體積與研發成本這3者間取得平衡，Burger建議除了設計上應採用Heterogeneity並搭配Edge架構外，雲端與終端兩邊廠商是否能共同合作，參與設計以解決問題，將更為重要。