都是物理学家!NV四代GPU架构代号解读

    泡泡网显卡频道9月23日 美国当地时间9月20日至23日，在NVIDIA总部举办的GTC2010 GPU技术大会正在如火如荼的进行，NVIDIA公司首席执行官黄仁勋在台上做了精彩的演讲，并且首次披露了Fermi之后的NVIDIA下两代GPU架构！

    在此次大会上，NVIDIA一改之前对未来产品计划三缄其口的风格，黄仁勋在此次大会上预告了下两代GPU架构。继Tesla（特斯拉）和Fermi（费米）之后，两款新核心的代号仍然以著名物理学家命名，分别是Kepler（开普勒）和Maxwell（麦克斯韦）。

    按照黄仁勋在会上的描述，2009年推出的费米比2007年的特斯拉（G80）在每瓦双精度浮点性能上提升了近一倍。而2011年底将推出的开普勒会把双精度浮点性能提升4倍以上。开普勒会基于28nm工艺制造，引进多项类似CPU的功能特色，比如虚拟内存、Non-blocking（非阻塞）I/O等。再过两年到了2013年，22nm工艺打造的麦克斯韦就将来临，每瓦双精度浮点性能相比费米提高10倍，相比特斯拉提高接近16倍。

    Tesla（特斯拉）、Fermi（费米）、Kepler（开普勒）和Maxwell（麦克斯韦），这四位都是鼎鼎大名的物理学家，相信理工科的同学们一定不会陌生，NVIDIA以这些如雷贯耳的名字命名自己的GPU图形架构，一方面是为了纪念它们为人类科学所作出的巨大贡献，另一方面也显示出GPU计算架构蕴藏的巨大能量，可以帮助人类更高效率的完成科学计算。下面笔者就为大家简单介绍一下四位科学家的辉煌历史及贡献。

    Tesla这个单词听着很耳熟，但又有些模糊，如果将其译成中文“特斯拉”相信很多人都会了解，原来它就是物理学磁感应强度的单位，简称特。1特=10000高斯，特斯拉的单位如此之大，以至于核磁共振成像仪的磁感应强度也才1.5特！

    Tesla实际上是一位伟大的物理学家，在他的实验室中，诞生了100多项专利，他为电磁学的发展作出了伟大贡献！但是他生前却遭受了同事的排挤和许多不公正待遇。

    “如今的科学已不再局限在实验室中，科学家经常会进行计算机仿真。这个基本改变正在为科学研究和工程学的发现建立一种新方法，通过某些情况下几个小时到几周时间的节省，GPU通用计算显示了在高性能计算领域前所未有的重要突破！”——为了纪念这位杰出的天才物理学家，NVIDIA选用了Tesla作为通用计算GPU的品牌。

尼古拉·特斯拉，交流电和无线电之父

    为人类科技进步做出巨大贡献的科学家都不应该被忘记，下面就来为大家详细介绍Tesla的其人其事：

    尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856—1943）出生于克罗地亚的史密里安，后加入美国籍。早年在巴黎欧洲大陆爱迪生公司任职，因创造性的劳动，被转送到美国的爱迪生电器研究中心，与爱迪生（Edison，1847—1931）共同工作。

    特斯拉从小由研究过心理学的母亲进行启蒙教育。他非常喜欢动手制作一些小玩具。据说他五岁的时候，就用竹子做了一个喷水枪。后来他又制造了一个水轮，当他看到水轮能在小河里产生动力的时候激动万分。1863年特斯拉随全家迁往戈斯皮契市，转到城里上小学。

    1870年从大学预科毕业后，考入布拉格大学。在大学里，特斯拉对电学仪器特别爱好，对电话有极浓厚的兴趣。大学毕业后，他到布佩斯的一个电话实验室工作，负责在布拉格和布达佩斯之间建立了一条电话线，实现了两地之间的第一次通话。

    1882年特斯拉进入设在巴黎的欧洲大陆爱迪生公司工作，两年后前往美国，在爱迪生手下工作。因为怀才不遇，于1888年到美国发明家威斯廷豪斯(1846-191?)门下进行电气研究，发明累累，取得不少专利。不久和威斯廷豪斯一起开设特斯拉电气公司，专门研究交流电。1889年特斯拉加入美国籍，在科罗拉多定居。

    特斯拉在科学技术上的最大贡献是开创了交流电系统，促进了交流电的广泛应用。十九世纪末期，在爱迪生的主持下，直流电已经有了相当广泛的应用。不过在实用中，直流电有很大的缺点，不仅花费大量的铜线，而且不能作远距离输电，每平方英里地区需要配备一个独立的发电机来供电，很不经济。特斯拉考虑采用交流电系统来代替直流电。交流电系统使用高电压、小电流供电，然后再用变压器调节电流、电压，来适合用户需要。它的突出优点是可以用细导线实现远距离电力输送。但是，这种既经济又科学的方案一提出，立即遭到爱迪生的强烈反对。出于竞争的需要，爱迪生不择手段地声称：采用交流电比采用直流电危险得多。

    为了打破爱迪生的技术垄断，特斯拉特地制作了一个“特斯拉线圈”，它是由一个感应圈、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成。这种装置可以产生频率很高的高压电流，不过这种高压电的电流极小，对人体不会产生显著的生理效应。特斯拉在一次记者招待会上，用这种装置使电流通过自己的身体，点亮灯，甚至还熔化了电线，使在场的记者一个个惊讶得目瞪口呆，取得了极大的宣传效果。特斯拉的胜利，加速了交流电的推广使用。现在我们知道，低频交流电和直流电一样危险，至于低频高压交电流就更加危险，因此千万不要随便重复特斯拉的实验。

    此外，特斯拉制成了第一台感应电动机，发明了弧光灯，高频电热疗法、电话“增音机”等。特斯拉在爱迪生门下工作的时候，曾经提出不少合理化建议，产生很大的经济效果。但是爱迪生妒贤忌能，片面撕毁合同，处处打击特斯拉。特斯拉热爱事业，不畏权贵，努力工作，一生总共取得112项专利，并且把卖专利得来的资金用来研究新技术，表现了一个科学家的良好品格。

    特斯拉晚年经济上经常处于困境，生活艰难。1943年一月七日；他孤独地在科罗拉多的一家旅馆里去世，终年87岁。

    南斯拉夫人民为了纪念他，在贝尔格莱德修建了一座“特斯拉纪念馆”。1956年是特斯拉诞生一百周年，国际电气技术协会决定，把国际单位制中磁感应强度的单位命名为特斯拉，简称“特”。

    恩利克?费米（Enrico Fermi 1901.09.29—1954.11.28）。美国物理学家。生于意大利罗马，1944年费米加入美国籍。创新核裂变假说。用中子轰击原子核产生人工放射现象，被誉为“中子物理学之父”。主持建造了世界上第一座原子反应堆，实现了自持式链式反应，为制造原子弹迈出了决定性的一步，1945年7月16日美国成功的爆炸了世界靠前颗原子弹，是主要参与人之一。

    费米经典名言：要从小把自己锻炼得身强力壮，能吃苦耐劳，不要娇滴滴的，到大自然里去远走高攀吧！ 你知道在这些政治事务上，我对自己的意见没有完全的把握。」

    “身为意国却美奔，铀原裂变起雄心；”——费米是意大利人，但他1938年12月前往斯德哥尔摩，借领诺贝尔奖之机，没有返回意大利，却投奔美国。原因是：一是他的妻子是犹太人，意大利法西斯政府颁布出一套粗暴的反对犹太人的法律；二是因为费米强烈反对法西斯主义墨索里尼的独裁统治。哥伦比亚大学主动为他提供职位，1944年费米加入美国籍。在1939年初，据李泽? 梅特纳、奥特?哈尔姆和弗里茨?斯特拉斯曼报导，中子被吸收后有时会引起铀原子裂变。这项报导发表后，和其他几位主要的物理学家一样，费米立即认识到一个裂变的铀原子可以释放出足够的中子来引起一项链式反应，而且还和另外几位物理学家一样，费米马上就预见到这样的链式反应可用于军事目的潜在性，引起了研制制造原子武器的雄心。1939年3月，费米与美国海军界接触，希望引起他们对发展原子武器的兴趣，美国政府才对原子能给予重视。

链式反应理论的提出者

    “联合上书罗斯福，促成工程曼哈顿；”——时值二战时期，同盟国怀疑希特勒德国已经制造了原子弹，为了对付希特勒的原子弹，匈裔科学家齐拉特联合了费米、银行家沙克斯、著名科学家爱因斯坦，联合上书美国罗斯福总统，敦促美国制造原子弹。爱因斯坦只是在人家起草好的书上牵了字，是被齐拉特怂恿的，后来他后悔了，但事已促成，后悔晚矣。美国政府接受了建议，制定了制造原子弹的计划——曼哈顿工程。召集了方方面面的很多科学家，来实施这一工程。

    “核反应堆贡献大，首颗原弹参与人；”——制造原子弹，首先要建立一个模式原子反应堆，以探明自保持的链式反应是否确实可行。由于恩利克?费米是世界上主要的中子权威，且集理论与实验天才于一身，所以被选为世界靠前台核反应堆攻关小组组长。1941年底，费米在哥伦比亚大学主持建造了世界上第一座原子反应堆，实现了自持式链式反应，为制造原子弹迈出了决定性的一步。1942年12月2日，在芝加哥，费米指导下设计和制造出来的核反应堆首次运转成功。这是原子时代的真正开端，因为这是人类第一次成功地进行了一次核链式反应。试验成功后，美国即刻做出了全速开展哈曼顿工程计划，加速了制造原子弹的进程，参加原子弹制造的有：奥本海默（号称美国原子弹之父）、格罗夫斯、费米、弗利士等著名科学家，不久就制造出原子弹。虽然原子弹不是一个人造出来的，是许多科学家的集体智慧，但是，费米在这项工程中起了着重要的作用：是制造原子弹的首倡者之一，是制造原子弹主要的科学顾问，先是在基础理论做出了重大的贡献，随后又亲自指挥第一座核反应堆的设计和建造，对制造世界首颗原子弹做出了重要贡献。

    “错领奖金诺贝尔，多项命名记其身。”——1934年，以意大利皇家科学院院士费米为首的一批青年人，用中子轰击元素周期表上最后一个是92号元素铀。发现一种新元素，按是原子序数为“93的新元素”。1938年11月10日，也就是“93号元素”发现4年多以后，费米接到来自斯德哥尔摩的电话，瑞典科学院宣布费米获得诺贝尔物理学奖的奖状。就在这一年，德国威廉皇家化学研究所的两位化学家哈恩和斯特拉斯曼，与女物理学家梅特涅合作，试验用慢中子轰击铀元素，而且用化学方法分离和检验核反应的产物，获得了令人难以置信的结果：铀核在中子的轰击下，分裂成大致相等的两半，它们不是93号新元素，而是56号元素钡！ 1938年11月22日，也就是在诺贝尔奖颁发后的12天，哈恩把分裂原子的报告寄往柏林《自然科学》杂志，该杂志1939年1月便登出了哈恩的论文，推翻了费米的实验结果。显而易见，诺贝尔奖搞错了！费米欣然认错，表现了难能可贵的品质。他在别人成就的基础上继续向前迈进，在裂变理论的基础上，费米很快提出一种假说：当铀核裂变时，会放射出中子。这些中子又会击中其它铀核，于是就会发生一连串的反应，直到全部原子被分裂。这就是著名的链式反应理论。根据这一理论，当裂变一直进行下去时，巨大的能量就将爆发。如果制成炸弹，它理论上的爆炸力是TNT炸药的2000万倍！ 鉴于费米在原子物理学上的许多贡献，很多原子物理学新词汇都是以他的名命名的：费米子、费米面、费米悖论、费米积分、费米合数、费米能级，费米黄金则、费米液体理论、费米狄拉克方程等。他于1954年去逝。100号化学元素镄就是为纪念他而命名的。他先后获得德国普朗克奖章、美国哲学会刘易斯奖学金和美国费米奖。

    牛顿曾说过：“如果说我比别人看得远些的话，是因为我站在巨人的肩膀上。”开普勒无疑是他所指的巨人之一。

    德国天文学家开普勒提出的行星三大定律彻底推翻了托勒密的地心说，进一步巩固了哥白尼的日心说，同时纠正了哥白尼有关天体运行轨道的错误观点，使人们对于行星运动的认识得到了明晰的观念。行星三大定律使得开普勒成为天文学史上的一位巨人，但是，这三大定律的背后却是一个心酸的故事。

    生活的拮据，给开普勒的天文研究带来了很多的困难。于是他接受了波西米亚国王兼罗马皇帝授予的“皇家首席数学师”的头衔，接受这个头衔就意味着为皇家服务。当时的波西米亚需要语言命运的人，他们想让开普勒通过对行星的研究来预言国家的未来。但开普勒憎恶占星术，对他来说，最重要的是研究行星运动的规律，而不是靠所谓的占星术来骗人。迫于生计，开普勒还是成为了国王的占星家，有人评价说这是“人类最伟大的想象力里最卑下的工作”。在为国王占星所得来的这笔钱的资助下，开普勒的天文研究也取得了丰富的成果。1609年开普勒发表了他的《新天文学》，开普勒论证火星的运行轨道是椭圆形的。1619年又在《宇宙和谐论》一书中提出，行星与太阳之间的距离同它绕太阳椭圆形公转的时间相关。同事他还发现一个有趣的现象，行星的椭圆形运行速度与和谐的音乐相似。因此他在乐谱上计算出行星与太阳的远近距离。

    开普勒在天文研究中取得的最大成就是提出了三大行星定律，分别是轨道定律、面积定律和周期定律，这三大定律可分别描述为：所有行星分别是在大小不同的椭圆轨道上运行；在同样的时间里行星向径在轨道平面上所扫过的面积相等；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。这三大定律最终使他赢得了“天空立法者”的美名。

    连年的战争，长期漂泊，生活贫困以及来自教会的迫害，不断困扰着他。在他花甲之年，为向宫庭廷取20余年的欠薪，他长途跋涉去拉提明，于公元1630年11月15日染伤寒死在途中，只留下几件衣服和一些书籍。

开普勒式望远镜和“开普勒”太空望远镜

    开普勒式望远镜，折射式望远镜的一种。物镜组也为凸透镜形式，但目镜组是凸透镜形式。这种望远镜成像是上下左右颠倒的，但视场可以设计的较大，最早由德国科学家开普勒（Johannes Kepler）于1611年发明。为了成正立的像，采用这种设计的某些折射式望远镜，特别是多数双筒望远镜引在光路中增加了转像稜镜系统。此外，几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。

    折射望远镜用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。

    2009年，美国宇航局发射了一艘太空探测器，其上搭载的太空望远镜以“开普勒”命名。“开普勒”太空望远镜使用寿命超过3年半，在此期间，它将寻找在类日恒星周围运转的地球大小的行星踪迹。另外，它还将对大约10万颗像类日恒星进行观测。

　　“开普勒”望远镜将通过类似数码摄像机上使用的特殊探测器，寻找行星从恒星和“开普勒”之间穿过时恒星变暗的迹象，以此来确定行星的位置。“开普勒”望远镜所处的太空区域将使其可以在整个任务期间对相同的恒星持续观测，这是“哈勃”等太空望远镜所不具备的功能。

    詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831～1879）英国物理学家，经典电磁理论的奠基人。1831年6月13日出生于爱丁堡。父亲受的是法学教育，但思想活跃，爱好科学技术，使他从小就受到科学的熏陶。10岁那年进了爱丁堡中学，由于讲话带有很重的乡音和衣着不人时，在班上经常被排挤、受讥笑。但在一次全校举行的数学和诗歌的比赛中，麦克斯韦一人独得两个科目的一等奖。他以自己的勤奋和聪颖获得了同学们的尊敬。他的学习内容逐渐地突破了课本和课堂教学的局限。他的关于卵形曲线画法的第一篇科学论文发表在《爱丁堡皇家学会会刊》上，他采用的方法比笛卡儿的方法还简便。那时他仅仅15岁。

    1847年进入爱丁堡大学听课，专攻数学。但他很重视参加实验，广泛涉猎电化学、光学、分子物理学以及机械工程等等。他说：“把数学分析和实验研究联合使用得到的物理科学知识，比之一个单纯的实验人员或单纯的数学家所具有的知识更加坚实、有益而牢固。”1850年考人剑桥大学，1854年以优异成绩毕业并获得了学位，留校工作。1856年起任苏格兰阿伯丁的马里沙耳学院的自然哲学讲座教授，直到1874年。经法拉第举荐，自1860年起任伦敦皇家学院的物理学和天文学教授。1871年起负责筹划卡文迪什实验室，随后被任命在剑桥大学创办卡文迪什实验室并担任第一任负责人。1879年11月5日麦克斯韦因患癌症在剑桥逝世，终年仅48岁。

    麦克斯韦一生从事过多方面的物理学研究工作，他最杰出的贡献是在经典电磁理论方面。在剑桥读书期间，当麦克斯韦读过法拉第的《电学实验研究》之后，立刻被书中的新颖见解所吸引，他敏锐地领会到了法拉第的“力线”和“场”的概念的重要性。但是，他注意到全书竟然无一数学公式，这说明法拉第的学说还缺乏严密的理论形式。在其老师威廉·汤姆孙的启发和帮助下，决心用自己的数学才能来弥补法拉第工作的这一缺陷。

    1855年他发表了第一篇论文《论法拉第的力线》。把法拉第的直观力学图象用数学形式表达了出来，文中给出了电流和磁场之间的微分关系式。不久，收到法拉第的来信，赞扬说：“我惊异地发现，这个数学加得很妙！”1860年，29岁的麦克斯韦去拜访年近70的法拉第，法拉第勉励麦克斯韦：“不要局限于用数学来解释已有的见解，而应该突破它。”1861年，麦克斯韦深入分析了变化磁场产生感应电动势的现象，独创性地提出了“分子涡旋”和“位移电流”两个著名假设。这些内容发表在1862年的第二篇论文《论物理力线》中。这两个假设已不仅仅是法拉第成果的数学反映，而是对法拉第电磁学作出了实质性的增补。1864年12月8日，麦克斯韦在英国皇家学会的集会上宣读了题为《电磁场的动力学理论》的重要论文，对以前有关电磁现象和理论进行了系统的概括和总结，提出了联系着电荷、电流和电场、磁场的基本微分方程组。该方程组后来经H.R.赫兹，O.亥维赛和H.A.洛伦兹等人整理和改写，就成了作为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。这理论所宣告的一个直接的推论在科学史上具有重要意义，即预言了电磁波的存在。交变的电磁场以光速和横波的形式在空间传播，这就是电磁波；光就是一种可见的电磁波。电、磁、光的统一，被认为是19世纪科学史上最伟大的综合之一。1888年，麦克斯韦的预言被H.赫兹所证实。1865年以后，麦克斯韦利用因病离职休养的时间，系统地总结了近百年来电磁学研究的成果，于1873年出版了他的巨著《电磁理论》这部科学名著，内容丰富、形式完备，体现出理论和实验的一致性，被认为可以和牛顿的《自然哲学的数学原理》交相辉映。麦克斯韦的电磁理论成为经典物理学的重要支柱之一。

    麦克斯韦兴趣广泛，才智过人，他不但是建立各种模型来类比不同物理现象的能手，更是运用数学工具来分析物理问题的大师。他在其他领域中也做出了不少贡献 。1859年他用统计方法导出了处于热平衡态中的气体分子的“麦克斯韦速率分布律”。他用数学方法证明了土星环是由一群离散的卫星聚集而成的。这项研究的论文获得亚当斯奖；在论文中他运用了200多个方程，由此可见他驾驭数学的高超能力！在色视觉方面他提出了三原色理论。他首先提出了实现彩色摄影的具体方案。他设计的“色陀螺”获得皇家学会的奖章。麦克斯韦在他生命的最后几年里，花费了很大气力整理和出版卡文迪什的遗稿以及创建卡文迪什实验室，为人类留下又一笔珍贵的科学遗产。■<