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ACE:图灵未竟的通用梦想机

在计算世界的创世神话中,如果说ENIAC是那尊用黏土捏塑、身躯庞大却头脑简单的巨神,那么ACE(Automatic Computing Engine,自动计算引擎)就是那位尚未诞生便已在概念中拥有灵魂、预言了整个未来的幽灵。它不只是一台机器,更是一份蓝图,一个由阿兰·图灵(Alan Turing)在第二次世界大战的硝烟散尽后,为人类勾勒的关于“通用智能”的最初梦想。ACE的故事,并非一曲高歌猛进的凯歌,而是一段充满了天才的远见、官僚的迟滞、理想的妥协与遗产的纷争的复杂史诗。它讲述了一台机器如何从一个人的大脑中诞生,历经波折,最终虽未以其最初设想的完美形态君临天下,其思想的火花却点燃了整个数字时代。

源起:战时幽灵的蓝图

故事的序幕,拉开于1945年的英国。战争的阴霾刚刚退去,整个世界都在废墟上喘息和重建。在这片萧瑟中,一位名叫阿兰·图灵的数学家,正从布莱切利园的秘密世界中走出。在那里,他与同伴们借助原始的计算设备,如“邦贝机”和更为先进的Colossus,成功破译了德军的恩尼格玛密码,可以说,他们用逻辑和齿轮缩短了战争。然而,图灵的思绪早已超越了这些“一次只能做一件事”的机器。 战争期间,图灵的心中孕育着一个更为宏大、也更为深刻的概念——通用图灵机。这并非一台具体的机器,而是一个思想实验:一台理论上存在的、足够简单的机器,只要给它一套正确的指令(即程序)和足够长的纸带(即内存),就能模拟任何计算过程。它像一位拥有无限潜能的学徒,可以学会演奏任何乐谱,而不是一台只会重复播放一首曲子的音乐盒。 这个思想,是现代计算机的灵魂。 1945年,图灵加入了英国国家物理实验室(NPL),他将这个颠覆性的理论构想,倾注在一份名为《关于自动计算引擎的提案》(Proposed Electronic Calculator)的报告中。这份报告,便是ACE的“出生证明”。它描绘的,是一个与当时美国正在建造的ENIAC截然不同的物种。

一纸蓝图,两个纪元

ENIAC像一头钢铁巨兽,由近18000个真空管组成,重达30吨,耗电巨大。但它有一个致命的“智力缺陷”:它的程序是“硬连线”的。要让它执行新的任务,工程师们需要像接线员一样,手动拔插成千上万的电缆和开关,这个过程可能需要几天甚至几周。它很会算,但每次都得重新“教”它怎么算,而且教的过程极为痛苦。 图灵的ACE则完全不同,它在设计之初就拥有一项革命性的天赋——存储程序概念。这意味着,运行机器的指令(程序)和被处理的数据,将以同样的形式存储在机器的内存中。这带来了几个划时代的变革:

图灵的设计极为精妙和雄心勃勃。他为ACE设计了高速的“延迟线存储器”——一种将数据以声波脉冲的形式存储在水银管中的奇特装置,仿佛将信息变成了在液体中回荡的短暂记忆。他设想的ACE时钟频率高达1兆赫(1MHz),这在当时是闻所未闻的速度,远超ENIAC。他甚至在报告中亲自编写了几个复杂的算法示例,包括排序和浮点数运算,向世人展示这台机器不仅能算炮弹轨迹,还能处理更抽象的逻辑问题。 在图灵的蓝图中,ACE不仅是一个计算器,它是一个“大脑”,一个可以下棋、可以证明数学定理、可以模拟人类智慧的通用工具。这份诞生于1945年的报告,不仅仅是一份工程文档,更像是一篇来自未来的宣言。

阵痛:理想与现实的碰撞

然而,天才的远见往往会跑在时代的前面,等待它的,是现实世界的重重阻力。图灵的ACE计划,从一开始就陷入了泥潭。

官僚主义的迷宫

战后的英国,物资匮乏,百废待兴。NPL的官僚们对这个耗资巨大、概念超前的项目充满了疑虑。他们无法完全理解图令报告中那些闪耀着智慧光芒的数学思想,他们看到的是一笔笔高昂的预算和不确定的技术前景。项目的审批流程缓慢得令人窒息,图灵一次次地解释、争辩,却发现自己陷入了一个由委员会、备忘录和无休止的会议构成的迷宫。 他是一位思想的巨人,却不是一位圆滑的政治家或项目经理。他对官僚体系的低效感到极度沮丧。他曾尖锐地讽刺道,官僚们似乎期望他能用“废弃的饼干罐头”来制造这台划时代的机器。

技术实现的鸿沟

与此同时,将ACE从纸面变为现实,也面临着巨大的工程挑战。延迟线存储器技术尚不成熟,稳定性差;高速运行的电子元件更是难以制造和维护。图灵的方案在理论上堪称完美,但在工程上却追求极致,对当时的工艺水平提出了近乎苛刻的要求。 这种理想主义与工程现实之间的张力,让项目团队内部也产生了分歧。一些工程师认为,应该先从一个更小、更简单的版本着手,先生存,再发展。而图灵则坚持他那个完整、高速、功能强大的“完整版ACE”构想,不愿轻易妥协。 最终,在旷日持久的等待和争论中,图灵的耐心被消磨殆尽。1947年,在ACE项目毫无实质性进展的情况下,他失望地离开了NPL,前往曼彻斯特大学。 图灵的离去,如同摩西在抵达应许之地前撒手人寰。ACE,这个他倾注了全部心血的“孩子”,成了他未竟的梦想。

王位继承者:飞行员ACE与它的亲族

图灵离开了,但ACE的思想并没有随之消亡。它像一颗蒲公英的种子,随风飘散,在不同的土壤中生根发芽。

剑桥的捷足先登:EDSAC

在图灵构思ACE的几乎同一时期,剑桥大学的莫里斯·威尔克斯(Maurice Wilkes)也参加了在美国举办的关于电子计算机的讲座,并深受“存储程序”思想的启发。与图灵的理想主义不同,威尔克斯是一位彻头彻尾的实用主义者。他的目标非常明确:尽快建造一台能稳定运行的存储程序计算机。 他领导的团队打造了EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Calculator)。EDSAC在设计上远没有ACE那么精巧和高效,但它胜在务实和专注。1949年5月6日,EDSAC成功运行了它的第一个程序,计算了一个平方数列表。这一刻,它成为了世界上第一台投入常规使用的、功能完善的存储程序计算机。历史的桂冠,就这样戏剧性地戴在了“旁系亲属”的头上。

NPL的觉醒:飞行员ACE

在图灵离开后,NPL的团队终于意识到,必须先从一个小型化的原型机开始。在图灵的前助手詹姆斯·威尔金森(James H. Wilkinson)和哈里·赫斯基(Harry Huskey)等人的努力下,一个简化版的ACE项目启动了,它被命名为Pilot ACE(飞行员ACE)。 Pilot ACE可以说是图灵原始设计的“青春版”。它只使用了约800个真空管,内存也小得多,但它忠实地继承了图灵设计的核心架构和高速逻辑。1950年5月10日,在图灵离开近三年后,Pilot ACE终于成功运行了它的第一个程序。当它在几分钟内完成过去需要人工计算数周的复杂任务时,在场的所有人都被其惊人的速度所震撼。 Pilot ACE的成功,迟来地证明了图灵设计的卓越。它一经问世,就成为当时世界上最快的计算机之一,并立刻被投入到各种实际的科学计算任务中,从飞行器设计的气动计算,到X射线晶体学的分析,它成为了英国科学界的得力干将。

商业化的果实:DEUCE

Pilot ACE的巨大成功吸引了英国电气公司(English Electric)的目光。他们获得了授权,将其商业化生产,并命名为DEUCE(Digital Electronic Universal Computing Engine)。从1955年起,总共有超过30台DEUCE被制造出来,销往各地的大学、研究机构和企业。 这标志着ACE的思想,终于从实验室的“圣物”,走向了更广阔的商业世界。图灵的梦想,以一种他未曾预料的方式,结出了累累硕果。而那台“完整版ACE”,直到1957年才姗姗来迟地建成,彼时,计算机技术已经日新月异,它更像是一座纪念碑,而非一艘领航的旗舰。

梦想的回响:无所不在的遗产

今天,ACE、Pilot ACE和DEUCE这些名字早已被尘封在博物馆的玻璃柜和历史的故纸堆中。它们的物理实体,那些闪烁的真空管、嗡嗡作响的继电器和神秘的水银管,都已成为过往。然而,ACE的灵魂——图灵在那份1945年报告中播下的思想种子,却早已长成了一片覆盖全球的数字森林。

ACE的故事,是一个关于“思想”如何战胜“物质”的绝佳范例。它本身或许是一艘迟航的巨轮,错过了成为新大陆第一发现者的荣耀。但它绘制的海图,却指引了后来所有的航船。它是一位悲情的王子,未能在生前继承王位,但他的治国理念却成为了后世所有君王的立国之本。 从这个意义上说,图灵的梦想从未“未竟”。它只是换了一种方式,存在于我们这个世界的每一个角落,每一次点击,每一次计算,每一次与数字世界的交互之中。ACE这台“自动计算引擎”,最终成为了驱动我们整个文明的无形引擎。