本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

探针计算机的核心运算部件并非采用CPU，而是采用了60块探针计算模块。

近期，我国成功研制出一款经过二十三年刻苦钻研的原创性成果——一款专用计算机探针，该计算机具备解决大规模复杂难题的能力。该成果已在北京完成研发，并顺利通过了专家组的鉴定。

据相关消息，该探针计算机的研发工作由北京工商大学计算机与人工智能学院的许进院长所带领的团队负责，并在北京工商大学实现了成功研制。其中，该计算机的硬件部分由北京工商大学自主完成，而其理论计算模型及软件系统则是北京大学、中南大学以及广州大学三家高校共同研发的成果。

鉴定委员会对该成果进行了评价，认为它在计算模型、系统架构以及拓展性方面均取得了显著进展，其复杂度和原创性已达到国际前沿水平，并为解决NP完全问题开辟了全新的解题途径。

何积丰院士，华东师范大学的教授，在接受采访时指出：“这代表计算领域的一项重大进展，堪称一次巨大的革新。鉴于此，鉴定委员会对他的评价非常高，他们认为，在与国际上知名的求解器进行对比时，他的运算性能明显超越了它们。”

专为解决NP完全问题的探针计算机

在计算机科学界，存在一个让众多科研人员深感困扰的“世纪难题”——NP完全问题，该问题具备一个明显的特点：一旦问题规模略有扩大，所需的计算量便会急剧地以指数形式膨胀。

NP完全问题指的是一类特别困难的计算问题。以小明为例，他在北京工作，负责向50个城市推销产品。为了降低公司开支，他需要设计一条覆盖所有城市的最短路线。小明满怀信心地编写了一个电脑程序，打算通过列举所有可能的路径来寻找最短的那条。但一周过去了，程序仍在运行，却毫无进展。在这种情形下，小明不得不舍弃对计算机的依赖，转而拿起纸笔，着手进行手工计算。首先，他面临50个城市的挑选作为起点，接着，在剔除一个城市后，他需要从剩余的49个城市中挑选第二站，依此类推，每一步都需从更少的候选城市中作出选择。存在的可能路径数量高达15207046600856689021806304083032384422188820784480256000000000000种，其数字长度竟达到了65位。

而且，随着城市的增多，潜在的路线选择会急剧膨胀。一旦问题范围稍有扩大，计算需求便可能让计算机不堪重负。

探针计算机，一种新型计算机，主要针对解决大规模复杂问题，即NP完全问题。其计算模型建立在探针杂交技术之上，允许数据在空间中自由排列，实现任意两个数据间的直接信息处理。该计算机系统由多个部分构成，包括数据库、探针库、数据控制器、探针控制器、探针运算模块、计算平台、检测器、真解存储器以及残支回收器，共计九个关键部分。

探针计算机可划分为连接型和传递型两大类。在连接型探针计算机中，计划使用由纳米颗粒和DNA分子组成的复合材料来承载数据，并将DNA分子作为探测工具。而传递型探针计算机则利用神经递质作为数据传输的纤维信息，其探针功能则通过模拟生物神经系统的“动作电位”来达成。

传统计算机依赖图灵机模型，采取逐个步骤的串行计算方式，数据处理的顺序性导致其在处理复杂问题时效率不高。然而，探针计算机在底层运算逻辑上与常规计算机有所区别，它开创了探针计算模型，成功超越了传统图灵机的串行计算局限，实现了高度并行的计算。在具体应用层面，探针计算机能够在较短的时间内解决包括资源分配、电路布局、列车调度在内的诸多大规模且复杂的难题。

许进教授，作为探针计算机研制团队的负责人，指出：“目前，一旦列车发生故障，调度工作主要依赖调度员的经验。由于电子计算机在短时间内难以提供最佳解决方案，通常至少需要30分钟或更长时间。然而，若采用探针计算机，我们能在短短一到两分钟内找到最佳方案。”

这台探针计算机的核心运算部件并非CPU，而是装备了60枚探针计算卡。目前，其搜索范围已扩展至3的2048次方。当搜索范围增至3的2000次方时，该计算机的运算速度仅需10.8秒。许进教授指出，若空间允许，他们可增加计算卡数量，从而进一步提升探针计算机的运算实力。

探针计算机的高性能是如何达成的？许进指出：“探针计算机采用了并行计算架构，其中控制层充当‘大脑’的角色，负责统筹任务调度和智能分配计算资源；光路由层运用光信号传输技术，实现了纳秒级的数据交互，其速度比传统的电信号快出千倍以上；而在探针计算层，由数十至数百个计算单元构成的‘并行矩阵’中，每个单元都像是一个独立的‘解题探针’，它们可以同时对众多可能性进行探索，并通过竞争机制筛选出最优的解决方案。””

据消息，探针计算机的性能相较于传统手段有了显著飞跃，其运算速度提升了四个数量级，相当于提高了万倍。此技术不仅已应用于轨道交通规划领域，还拓展到了气象预报、蛋白质结构模拟以及材料研发等多个领域的实验探索阶段。其并行的计算能力能够显著提高复杂系统的建模速度，比如在优化全球气象模型方面，可以增强对极端天气的预测准确性；在解析蛋白质的三维结构上，有助于新药的研究与开发；在新型合金材料的设计中，能将研发周期缩短至原来的数十倍。

正如许进教授所言，这恰似在计算领域开辟了一条全新的快速通道，使我们得以以前所未有的迅捷抵达目标地点。

除此之外，该团队现正致力于探针计算芯片的研发工作；如果这款芯片能够替代算卡，那么探针计算机的体积将会显著减小。

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