第十四章 大脑 这将是一次最为棘手的手术。医师们和技师们常常很早就聚集在一起,一直工 作到深夜。任何偏差都会带来极为严重的后果。“病人”的记忆将永久丧失,或其 功能将严重受损。这是神秘城进行的首次脑移植。据局长说:“国家安全局的信号 情报使命能否继续顺利完成,很大程度上依赖于此。”这一计划已耗时数年。国家 安全局将要制造出世界上体积最大、功率最大、保密性能最强的电脑。 首先必须要为这个新的计算机中心兴建一个专门的场所,然后小心翼翼地将150 台庞大娇贵的超级计算机从“OPSI”地下室移到新家,那是一英里以外,掩映在神 秘城一角的丛林中的一个地方。尽管许多政府机构和大公司用平方英尺来计算计算 机所占的面积,国家安全局却用英亩来计算。曾在20世纪60年代末任国家安全局局 长的马歇尔。卡特说:“在安全局工作时,我有5 盲半计算机。我们不是按数字来 数计算机,而是用5 亩半来计算它。”即使那些现代化的计算机容量已很大,占地 也更小,但一名国家安全局工作人员多年后说:“现在计算机的体积是那时的两倍。” 一旦把这些计算机安放到位,再通过一根安全的光纤中枢与总部操作大楼相连, 它们就恢复了活力——所有这一切都没有打乱国家安全局的那些关键运作。1996年, 当一切最终完成时,国家安全局就拥有了这个星球上功率最大的超级计算机设备。 1996年10月29日下午,肯尼斯。米尼汉站在这座新楼前,手持一把剪刀朝一条 细细的红白蓝三色相间的彩带剪去。没有新闻发布会,即使在仪式的请柬上也未透 露仪式举行的确切地点。然而这正是托德拉想要的落成仪式,超级计算机中心即以 他的名字命名。当剪刀划过彩带时,一台简单雅致的便携计算机打开了通往这座充 满无限奥秘的大楼的通道。 当代密码破译的历史和计算机的历史在很大程度上是相互关联的。但由于“匿 名政策”,国家安全局的角色几乎被掩盖起来。纪念计算机协会成立25周年时,国 家安全局根本没去参加。同样,计算机的开拓者们聚在一起参加电气和电子工程师 学会的计算机协会成立25周年大会时,国家安全局像先前一样采取了回避态度。 但国家安全局在计算机发展过程中所起的作用曾经是,也将继续是巨大的。这 项始终笼罩着一种神秘气氛的工作的主要负责人是路易斯。托德拉博士,他掌握着 国家安全局的机密。 到第二次世界大战爆发时,用机器辅助破译密码的重要性已为人所知,但其用 途很有限。当时信号安全局仅有15台机器和21名操作员。可是到1945年春天,信号 安全局已有1275名操作员和管理人员,还有407 台键盘穿孔机。 除了现成的制表机,安全局里还有特制的密码破译机。这种机器叫快速分析机, 是利用电子管、继电器、高速电路及光电原理制成的,它们就是现代计算机的前身, 但其造价太高且过于专门化。许多机器都是用来处理某一专门代码或密码的,所以 如果某一密码系统改变了或弃之不用了,这台机器也就很少价值了。 海军与伊斯曼。柯达公司、全国现金出纳机公司还有许多其他公司签订合约设 计并制造快速分析机。另一方面陆军的信号安全局也与贝尔实验室紧密合作。战时 的另一个主要合作者是国际商用机器公司,它负责制表机生产专门配件,将标准穿 孔卡系统的功能大大提高了好几级。 信号安全局的两台密码破译机体形巨大,每台耗资100 万美元,这在当时算是 一笔惊人的费用。这种机器进行的操作如果在过去的“黑室”中靠人工来做的话, 需要20多万人才能完成。到1945年底,另一台庞大的机器就要制造完成,其能量相 当于500 万名密码专家。 托德拉希望外部承包商研制新的尖端的密码设备的工作得以继续下去。但由于 不打仗,他发现这些承包商很不愿意承担这项研究。再加上严格的安全许可制度, 让人难以忍受的人身安全检查以及设备在市场上的有限性,都足以使许多公司退避 三舍。鉴于此,一些熟悉密码破译术和信号情报的原海军官员联合起来建立了工程 研究协会,协会承担了海军安全局一些最复杂的任务。 几乎与此同时,宾夕法尼亚大学穆尔电机工程学院的一群工程师和数学家制造 了一台名为“埃尼克”的计算机(即电子数字积分器和计算器),它开创了计算机 的新纪元。这台计算机外形既难看又笨拙,其“身体”比“大脑”要大得多。它的 总存储量仅为20个数字,然而它的18000 个电子管却几乎占据了一间宽30英尺,长 50英尺的房间。尽管如此,这部机器却具有惊人的计算速度。 “埃尼克”计算机的研制引发了一系列有关计算机理论的讲座。这些讲座在穆 尔学院进行,由海军研究局和陆军军械部共同主办。海军少校吉姆斯。彭德格拉斯 参加了1946年7 月8 日至8 月31日的讲座,他是托德拉在海军安全局的同事,其任 务就是评估计算机能否应用于密码破译和信号情报。 彭德格拉斯听完讲座后异常兴奋。计算机看起来能弥补快速分析机所缺乏的灵 活性问题,许多快速分析机设计时只用来解决某一特殊问题,比如破译一种外国密 码系统,而计算机可以处理这一领域的所有问题。“笔者认为,现在还处在设计阶 段的多功能数学计算机就是‘多功能密码机’,”彭德格拉斯写道,“计算机可以 做4 号大楼中任何一台分析机所做的事情,而且处理速度要快得多。” 不久,彭德格拉斯提交了报告,报告受到赞许。海军安全局和工程研究协会开 始协商,由协会负责设计制造信号情报界的第一台计算机。但给这台计算机起个什 么名字呢?一名文书军士偶尔听到托德拉和其同事讨论这个问题,并建议用“阿特 拉斯”这个名字,它取自连环画《巴纳比》中精神巨人的名字。“阿特拉斯”计算 机确实机如其名。1950年12月它被送到海军安全局时,其容量为16384 个单词,这 是美国第一台装有磁鼓储存器的并行电子计算机。第M 台一模一样的计算机1953年 3 月送到了国家安全局。 这种机器的主要组成部分是电子管。前国家安全局研究室主任奥瓦尔。坎佩恩 说:“我们拥有当时世界上最大的电子管电路系统,我们比任何人都了解电子管的 寿命,了解用过的各种各样电子管的性能,也比任何人都知道如何保养它们。”他 形容电子管就像电灯泡那么大,“然而你要是把许许多多像电灯泡一样的电子管放 在一起,你就必须用空调设备来冷却它们,所以每台机器还要配备15吨重的空调设 备。” 彭德格拉斯的报告不仅仅给托德拉留下了深刻印象,在他收到报告的同时,在 阿灵顿办公楼的陆军安全局总部,斯奈德也收到了这份报告。斯奈德后来回忆说: “1946年11月我在桌上看到这份报告时表现得相当冲动。我立刻跑到上司所罗门。 库尔内克的办公室说:”我们必须有一台这样的机器,想想它能为我们所做的一切 吧!“‘于是库尔内克就派斯奈德去调查此事的可行性。斯奈德转年和一些专家进 行了会谈,还参观了一些有关计算机研究的机构和私人公司。斯奈德说:”当时在 安全局,钱不成问题,我们想要多少就能有多少。“ 最终,陆军安全局制造出了自己的密码破译计算机,名为“阿布纳”。国家安 全局的计算机资深专家斯奈德说:“我们是根据连环画人物李。阿布纳。尤克姆选 的名字,这是一个高大冷酷但不聪明的人物。因为我们认为计算机体积大,要用很 大动力来驱动,但并非绝顶聪明;它们只能按照简单的指令行事而不能独立思考。” 最初只给“阿布纳”计算机设计了15个简单程序或“指令”(后来翻了一番增加到 30个)。尽管如此,1952年4 月该机秘密制成时,它仍是当时最先进的计算机。输 人或提取信息时不仅要用标准键盘穿孔卡,还要用穿孔带、磁带、平行打印机、打 字机和操纵平台。 托德拉担任国家安全局70所的主管,该所负责研究高水平的密码分析技术。他 和一些迫切希望提高计算机水平的人一起在1954年使计算机又上了一个新台阶。吉 姆斯。基利安是哈佛的教授,他研究美国容易遭到突然袭击的问题。他得出结论, 90%的战争警告通常来自信号情报。但是他指出,由于核武器袭击会在几分钟之内 发生,因此,必须提高窃听和密码破译的速度。“从那时起,”一位前国家安全局 人员说,“信号情报行动的焦点就是提高速度。” 几年后,也就是1956年7 月,国家安全局一项投资浩大,具有深远意义的研究 计划产生了。然而这个计划的产生不是在研究所和工程实验室写满粉笔字的黑板上, 而是在一次鸡尾酒会上。就筹交错间,几位国家安全局高级设备设计人员开始和卡 奈因局长讨论局里的一些老问题。其中列在首位的问题要算密码破译人员之间的竞 争,因为数据越来越多,工程师们就要不断设计和制造出更大更快的计算机来满足 这种要求,不管新的设备功率有多大,工程师们似乎总也赶不上需要。这样,托德 拉开始推动第二代计算机技术的研究。 当时,国家安全局正在使用的是PACE 10 计算机,这是局里首次使用台式模拟 计算机,在一定程度上这台整装机是在内部进行逻辑操作。它的输出设备是一台打 印机。由一条电线与插入所有式装置相连,每个控制板都有不同的数学功能。要解 答一个相对复杂的数学题,可以先插入适当的控制板,然后用电线把控制板连结起 来。计算机的操作手册上说,一旦设立好控制板,就能在15秒到60秒之间把问题解 答出来。 尚在研制中的第二代计算机被命名为“收获”,估计它要比当时最好的计算机 运行速度还要快百倍以上。但这种计算机的完成还要等到几年以后。卡奈因对这种 情形非常恼火,他怒气冲冲地说:“糟透了,小伙子们,你们一定要胜过那帮家伙 (计算机公司)!给我造出一台兆周的机器!我去弄钱广当时国家安全局研究、工 程、数字和物理部的头儿是霍华德。坎佩恩,作为目标情报委员会的成员,他曾帮 助破译俄国高水平的代号为”鱼“的密码系统。”在有了制造‘收获’计算机的想 法后,“他说,”我们在研究中还要考虑一些其他事情;其中的一个建议就是我们 应该有一个大的计划。我们应按‘曼哈顿计划’那样去做。我们确实应该效仿它。 所以我们将这项计划叫做‘闪电计划。“’坎佩恩认为,这是一个任何事情都可能 发生的时代。”我们总是感到很惊奇,一旦有了一个想法,起初觉得它耗资巨大, 但只要我们一往无前地去做,上面总是鼓舞我们——‘干起来,“’他说,”在我 工作的大部分时间,做事情时,我们总能获得来自上面的鼓励。如果你认定某件事, 你就应做起来。我们会出一些错,但总的来说,我们所做的大多数事情至少都取得 了一定成功。“这些成功里就有开发研制的第一台由晶体管取代电子管的固态计算 机。接着,在取名为”博加特“的计算机中,晶体管又被碰芯所取代。 但是,据坎佩恩说,到了20世纪60年代末,情况开始发生变化,“60年代末, 我们再也得不到鼓励,而是被告知必须削减预算。我们必须做却没有……我过去认 为它(研究与开发在整个国家安全局预算所占百分比)应超过5 %,甚至到7 %和 8 %(的范围)……在实施‘闪电计划’时,给我的预算一年高达900 万美元,到 1969年(这是我最后经历的一个整财政年度)我离开时,财政预算仅为300 万美元, 已被削减到原来的18……订立的合同费也大幅削减。所有的合约都比原来的小。所 以当我符合退休条件时,我想,哎,好吧,别再待在这儿削减预算了。所以我就离 开了。”到20世纪90年代末,研究与开发的经费占国家安全局总预算的比例比坎佩 恩那时又进一步降低,降到了不足4 %。 坎佩恩认为,国家安全局早先取得的一些成就应归功于那种甘愿冒险的精神。 “搞研究与开发的人所要做的就是不断进行尝试,”他说,“他们是在做试验,成 功少失败多是预料之中的事。事实上,历史地看,过去他们取得的成就比他们该做 到的要大得多。”后来,随着国家安全局的发展,试验变得不再像以前那么大胆。 坎佩恩说:“他们小心得要命,比我们那时小心多了。我想,这是因为研究人员想 显得出色些。他们不想失败,即使他们在那儿仅是为了做试验。他们只想成功。但 是实际上,负责一项研究与开发项目的人应该说:”哎,你们这些家伙太小心了。 别管它,只管做你们的实验。“‘坎佩恩具有不惜任何代价乐观向上、勇往直前的 人生观。因为他相信,不管多难破译的密码,最终也能破译。”没有什么破不了的 密码,“他说,”当人们说有破不了的密码而意识不到这纯属废话时,我就非常生 气……但人们一直在想,也许存在某种类似不可破译的密码。“ 向国会要钱时,国家安全局总是拿秘密做借口。“那时所有委员会的主席都非 常友好,显然秘密打动了他们。”亚瑟。利文森说。他在国家安全局负责破译俄国 密码,同时,他也是目标情报委员会的一个老手,“我们得到了大多数我们想要的 东酉,并且可以自由支配这些钱。”另一位前官员说到国会监督时说:“在那些日 子,根本没有什么国会监督。”在一次不公开的预算拨款委员会的听证会上,有人 问了卡奈因将军一个问题,他回答说:“议员先生,你们并不是真的想知道问题的 答案。要不晚上你们就睡不着觉了。”一位前官员说:“听了他的回答,议员们相 互看了看,也就不再问了。” 在国会拨款2500万美元,并得到艾森豪威尔的首肯后,国家安全局历时5 年开 发千兆周电子设备的历程开始了。 “闪电计划”的研究始于1957年6 月,这是有史以来由政府支持的最大的计算 机研究项目,这个项目的承包人有斯佩里。兰德公司、美国无线电公司、国际商用 机器公司、菲尔科公司、通用电器公司、麻省理工学院和堪萨斯大学。这个项目的 原定目标是把线路容量提高1000%,最后的结果更向前推进了一步,使计算机科学 的发展水平远远超出预期目标。研究主要涉及低温元件、元件的超小型化、以及被 称做隧道二极管的超快运转交换装置等。 “闪电计划”所带来的另一个积极影响是,它对国家安全局巨大的“收获”计 算机的开发起了推动作用,该计算机曾被设计为国家安全局最大的通用计算机。多 年来,计算机设计出来就是用来对付一些专门的密译机。像瑞士生产的“哈格林”, 这种机器在世界上许多国家广泛应用。“过去,我们为解决每一种问题制造一种特 殊装置,”霍华德。坎佩恩说,“我们已有一些效率很高的机器,但这些机器总是 要花很长时间去制造。我们必须先找准问题,设计设备,把它制造出来再进行调试, 当我们需要进行运算时,必须先做到这一步。” 像“收获”这样功率超强的计算机,本来希望它不仅能对付“哈格林”机,也 能对付许多国家各种各样的密码机和密码系统。威廉。弗里德曼最早助手之一所罗 门。库尔内克说:“随着计算机变得越来越复杂,用一台高速通用计算机编制程序 模仿‘哈格林’,从而解决‘哈格林’的问题已成为可能。”然而,这台计算机不 能只限定在对付“哈格林”机的水平上。 这台计算机最初取名为“大种植园”,后来发现白宫已经用了这个名字作为紧 急调动的密码。“当初的想法就是要建造一台组合式的计算机,里面装有类似大种 植园里的谷仓或马厩一样的东西,大种植园将成为一个中心或中枢,”霍华德。坎 佩恩回忆说,“所以后来这台计算机取名为‘收获’,把它作为这个大种植园里一 大堆东西的一部分。” 具有讽刺意味的是,所罗门。库尔内克领导国家安全局研究与开发办公室10年 时间,却从未对计算机热中过,直到计算机开始证明其价值。“他不干涉我们,” 坎佩恩说,“他也不阻止我们,但他对此毫无兴趣。后来他才愿意把大量的钱投在 这上面。好多人像他这样。” 1955年,国际商用机器公司雄心勃勃地开始研制一种叫“延伸”的计算机。国 际商用机器公司的设计者们认为市场上可能买这种机器的顾客只有两个:国家安全 局和原子能委员会。原子能委员会签约购买这种计算机主要是因为这种计算机有快 速完成乘法运算的优点。而国家安全局想要一种除能进行大量乘法运算外还具有灵 活性的机器。他们要求工程师重新设计更符合客户需要的版本。1958年4 月,最终 的设计方案获得通过。1962年2 月,安全局终于收到期待已久的“延伸”计算机, 其时机器已经过修改,运行速度大大加快了。“国际商用机器公司认为这是一次糟 糕的经历,因为总的来说,制造‘延伸’使公司赔了钱,”霍华德。坎佩恩说, “从那以后,他们在制造大型计算机时相当谨慎。他们只让西摩。克雷来制造大型 计算机。” 一旦用做国家安全局“收获”计算机的心脏或确切地说用做其大脑,就连“延 伸”都显得很小了。与计算机相连的是各种与众不同,很复杂的配件,它比计算机 本身还大一倍多。一种是流水处理机,这种机器可以破译大量既累人又费时的密码。 密码破译的关键是通过对可能想到的各种各样的字母组合快速分析加密的文本。因 为可能要试上几百万次才能找到正确的字母组合破译密码,所以运行速度是最重要 的。“我们非常清楚,要想提高计算机能力,就要加快运行速度,”坎佩恩说。国 家安全局组成的小组经过评定认为,根据其特定用途,“收获”要比市场上出售的 最好的计算机功率大50到200 个系数。 第二次世界大战期间,美国海军的密码破译机名为“甜点心‘,这种机器每秒 钟能分析1300个字。也就是说,它能每秒钟在”德国锁“上试1300个不同的钥匙, 如找对了,锁自会打开。由于用了新的流水处理机,分析速度提高到每秒钟约300 万个字一一效率提高了230000%。因此,为了开锁,国家安全局现在可以每秒试300 万个新钥匙,直到找到合适的钥匙——真可谓闪电速度。 “收获”能处理7075315 份从一个外国密码系统截取的情报,每份情报约500 字,通过检查每个可能的字母组合,看其是否含有在一个有7000个目标词和词组的 监督项目表中所列的词或词组。表中或许有“潜水艇”,“营”或主要领导人的名 字这样的词。所有这些用3 小时50分钟都能完成:平均每分钟处理30000 多份截取 的情报。 “收获”不仅运算速度快,而且存储量也极大。应用这一特殊系统,可以每秒 钟存储和检索近1000万字的资料。 “收获”在信息检索这一领域也颇有建树,它使用了名为“拖拉机”的装置。 “拖拉机”能在存有480 卷的磁带库中自动找到所需信息,每卷磁带都能存储约9000 万个字。机器会把合适的磁带装好,卷到定好的位置,然后以每秒1128000 个字的 惊人速度来传输信息。当时国家安全局的一份秘密文件称“这一速度超出了当前计 算机磁带技术的水平”。尽管当时多数磁带每英寸仅能容纳100 位,但是国家安全 局却设法在同样的空间容纳3000位,而且阅读磁头每秒能读235 英寸的磁带。 把世界各地监听站截获的情报不断输送到国家安全局系统分析专家手中的是一 种绝对安全的信号情报通讯系统。这一系统首次使用是在“珍珠港”事件发生前夕, 到20世纪60年代中期,这一系统一天能输送2500万个字。系统分析专家可以使用 “收获”来进一步处理加密的情报。 另一个极为重要的情报系统可以以极快的速度把来自世界任何偏远监听站截获 的情报直接送到美国总统手中。1957年苏联“人造地球卫星”的突然发射在情报界 内部5 !起很大震动。当时,一条重要的情报到达白宫平均要花8 小时35分钟,艾 森豪威尔总统要求把输送时间缩短到几分钟。1958年8 月27日,艾森豪威尔参加国 家安全委员会召开的会议,中央情报局局长艾伦。杜勒斯认为:“除非我们能确保 情报很快送到华盛顿,否则获取海外的重要情报已无太大意义。” 一个月后,艾森豪威尔在白宫召开会议,托德拉提出建立一个名为“重要信息” 的系统。托德拉简要说明了计划所需开支和好处后,艾森豪威尔说:“干吧。”6 个月后,国家安全局把传送时间从8 小时缩短到52分钟。又过了6 个月,安全局可 以使一份“重要信息”系统情报,不论情报从什么地方发出,在短短13分钟之内就 到达艾森豪威尔的办公桌上。最后这一时间缩短至3 到5 分钟。 最终,一个代号为“黑麦”的系统实现了对“收获”的远程接人,这样就可以 使全局的系统分析专家通过许多远程终端接人主机。据当时一份密报说:“‘黑麦 ’使安全局找到了更多可打开的密码系统,过去许多信息靠人工识别要花费数小时 甚至几天才能完成,这还得是在确实能够处理的情况下,现在用机器几分钟内就能 破译密码……破译另一已被解开系统的大批信息通常也要由这一系统来完成。” 当“收获”刚制造出来时,几乎没有人对其前景看好。因为错综复杂的系统甚 至难倒了许多最好的系统分析专家,所以最初人们认为它是华而不实的东西。工作 人员值班时,常常对这个巨大的盒状机器指指点点取笑它。官员们常嘲讽地说: “机器倒是挺漂亮,可就是没用。”但是一旦充分了解了“收获”的性能后,“收 获”便取得了成功,并且一用就是14年,直到1976年安全局才转而使用一个更为先 进的系统。 随着计算机在编制和破泽密码中所起的作用越来越大,再加上苏联在宇宙空间 探索方面早先的领先地位,所以美国对苏联在这一领域的发展越来越担心。1959年, 一个绝密的专门小组对美国与俄国间的计算机竞赛进行了调查。调查结果令人鼓舞。 当时,美国政府大约有3000台计算机,其中的300 台每台价值超过100 万美元,且 性能优良。而俄国只有不到400 台计算机,其中大型计算机仅50台左右。 虽然两国计算机的运行速度在一个时期不相上下——苏联的M20 计算机和美国 IBM709计算机速度几乎一样快,但随着晶体管的研制开发,美国使俄国的计算机专 家望尘莫及。但秘密调查小组对这种过于自负的态度也提出忠告:“如果苏联全力 以赴,那么在两到三年之内,苏联就能使计算机生产能力与美国并驾齐驱。”但调 查报告中又说:“没有证据表明苏联要优先考虑此事。”报告中称苏联并没有进行 类似于“闪电计划”的研究。 在制造出“收获”之后,国家安全局的大脑被分成了两部分,代号分别为“钟 琴”和“天然磁石”。“钟琴”原来是由一些IBM60 组成,后来由4 台巨大IBM033 连结而成,同时与3 台每分钟22000 行的IBM 页面打印机相连。 “克雷‘1 号计算机是威斯康星州奇珀瓦福尔斯的工厂制造的。这个小镇以啤 酒和奇拍瓦泉水而闻名。这台价值1500万美元的计算机也许能从根本上打破”外表 具有欺骗性“的说法。计算机的外壳曾被人戏称为”世界上最昂贵的双人座椅“, 实际上里面是20多万个集成电路,每个集成电路都有大拇指甲大小,另外还有3400 个印刷电路板,60英里长的电线。这台重达5 吨,占地70平方英尺的机器里面是如 此密集,以致其每立方英寸所产生的热量如果不用一种独特的氟利昂冷却系统,足 以在瞬间就把机器熔化成一堆。这种冷却系统用的是成行地装在计算机机壳内壁的 铝合金冷却杆。 这个超级计算机是由西摩。克雷构想出来的。这位性格腼腆、神秘莫测的工程 师几乎不接受任何采访和拍照。但在计算机科学方面,他却是最具影响的人物之一。 1988年《时代周刊》撰文说,作为“克雷”研究室的创始人,克雷“之于超级计算 机就像爱迪生之于电灯泡,贝尔之于电话”。要是不在实验室,你很可能会在威斯 康星他家的地底下找到他,他在慢慢挖一条通往附近森林的地道。地道高8 英尺, 宽4 英尺,内衬4X4 厘米的雪松木板。 对克雷来说,挖地道既能激发灵感,又可消遣散心。“我在家时也工作,”他 曾告诉一位来访的科学家,“一连干了3 个小时,突然被某个问题所难倒,停滞不 前了。于是我就不干了,而去挖地道。挖4 英寸地道并放进木衬,大约要用卫个小 时的时间。”克雷半开玩笑地继续说:“正如你所见,我现在是在威斯康星的森林 里,这里有许多小精灵。它们一看见我离开,就去我的办公室帮我解决所有的难题。 我从地道上来后,再回到办公室接着工作。”据“克雷”研究室总裁约翰。罗外根 说:“进入地道时,西摩才真正开始工作。” 20世纪50年代克雷在工程研究协会制造密码破译机,他的职业生涯就此开始, 后来的国家安全局研究室主任和副局长霍华德。恩斯特龙是研究会的主管。克雷的 梦想是能制造出每秒能计算1.5 亿到2 亿次的计算机,这将是所有通用计算机容量 的20到100 倍,相当于6 台IBM370/195的性能。 1976年春天,第一台“克雷”1 号从位于奇珀瓦福尔斯的工厂生产出来,并被 直接运到了国家安全局的地下室。第二台机器被悄悄运至国家安全局秘密智囊团一 一普林斯顿大学防御分析研究所的通讯研究部门。 “克雷”具有一个随机存取的半导体存储器,每秒钟能传送3.2 亿个字,相当 于2500本300 页的书,国家安全局应该满意了。当“克雷”和计算机的输人输出子 系统接通时,它就能提供48张磁盘的存储空间,这一空间可容纳大约300 亿个字。 如果某一领域其时间是以纳秒,也就是1 秒钟的10亿分之一来计算,那么7 年 时间就像是无尽无休了。因此,1983年6 月安全局在地下室为从奇珀瓦福尔斯来的 新成员“克雷”XMP 腾地方时,全局上下一片欢腾。这台机器的侧面印着序号102 , 这是第一台送到客户手中的XMP 机,这样国家安全局就拥有了当时世界上功率最大 的计算机。这台6 吨重的电脑,光电线就有45英里长,还需要一台50吨重的制冷装 置来冷却,真是史无前例。X /MI,机不是用一台更快的处理器使运行速度更快, 而是用两台处理器并行计算。这样,机器可以同时进行两项不同的工作,或两台处 理器同时进行一项工作。这种性能使XMP 机比当时最先进的“克雷”1 号和“克雷” IS000 还快5 倍。 对国家安全局来说,并行处理技术的使用是一种趋势。国家安全局介人最多的 是“蝶形”处理器的研制。“蝶形”处理器可以与148 个微处理器相连。它是根据 “国防高级研究计划局”的战略计算计划开发的。计划连结的处理器增加到256 或 512 个甚至1000个,将来计划连接100 万个处理器。 XHMP机来得真是及时。同年,国家安全局秘密建立了代号为“平台”的全世界 计算机网络系统。这一系统把国家安全局、政府通信总部及世界各地的其他信号情 报机构所属的窃听站连接成一个电脑网络,以国家安全局为其中枢。。 两年后,也就是1985年,随着期待已久的“克雷”2 号的到来,国家安全局地 下室里已塞得满满的了。“克雷”2 号的底座是由鲜红色的瑙加海德革制成,透明、 蓝色的塔楼里装有冒着气泡的液体冷却剂。西摩。克雷的最新杰作看起来不像是超 大破译密码机,倒像是妓院的摆设。这台绰号为“气泡”、价值1760万美元的计算 机更人性化。因为它用的是凉凉的冒着气泡的氟惰性物质,就像人造血浆一样在计 算机系统中运行。这种液体能防止电子在通过组装严密的电路板时所产生的热量烧 毁机器。 超级计算机的运行速度是以“每秒的浮点运算”来测量的。个普通人花几分钟 笔算出一道简单乘法题的正确答案,比如0.0572X8762639.8765 ,而超级计算机则 是以每秒能运算多少次这样的题来测量的。如果花一秒钟得出答案,包括自动进位 小数点,那么就说计算机每秒运行了一个“浮点”。而“气泡”计算机运行速度惊 人,每秒能进行10.2亿次数学运算。这一速度比原先机型快12倍,比当时个人电脑 的运行速度快4 万到5 万倍。 到1988年,工人们又在忙着布线迎接一台来自威斯康星州的新机器——“克雷” YMP.这台计算机的芯片密度很大,工程师可以把原来放一台处理器的地方挤进八台 处理器。如果这些处理器在理想状态下工作,每秒可运行20亿到40亿次。 20世纪80年代中期到晚期,超级计算机的发展速度如此之快,以致国家安全局 还没安装上这台巨大的新机器,另一台更新的机器又接踵而至。 制造最快的超级计算机的竞争有点类似国际汽车大奖赛中汽车底盘的竞争。当 一台台造型优美、熠熠生辉且功率更大的机器不断疾驰到起跑线上时,工程师们又 在忙于设计功率更大、更快的机型了。谁也不想落后于人。史蒂夫。陈是一位中国 出生的计算机超级明星,1987年9 月,他在“克雷”研究所负责研究X4MI,和Y — MP计算机。这种计算机造价极高且有风险,后来他离开了克雷。很快国际商用机器 公司雇用了他。一位国际商用机器公司主管夸口说:“从现在起5 年时间内我们的 速度将达到每秒1000亿兆浮点。一个花3 个月才能解决的问题,我们要用一天把它 解决。” 阿尔布开克“桑迪阿国家试验室”正在测试一台厚实的小蓝盒子似的机器。因 其一侧有3 根支柱所以叫“超立方体”。这台计算机可谓“大规模”并行计算,它 有1024个处理器,每个功率都相当于一台传统的微型计算机。在测试中,“桑迪阿” 让计算机计算大楼内部仅一端支撑的一根梁的应力。一台大功率的微机一天24小时 工作要花20年才能给出答案,而用速度极快的“超立方体”一个星期就完成了。 在数据控制公司的子公司ETA ,一个黑色带有透明圆罩的盒子,即被称为ETA10 的计算机终于揭开了面纱。它有一个由8 台处理器组成的动力室,机器所使用的计 算机芯片比“克雷”研究室所用的要小而且密度更大。液氮带走了多余的热量。由 于仅使用一个电路板,这样工程师们就能在机器运算时减少电子运行所需的空间。 这台价值3000万美元的黑盒子设计的运行速度,每秒高达100 亿次,比先前的超级 计算机快30倍。 为了不落于人后,“洛斯。阿拉莫斯”国家实验室则是把一排超级计算机和一 些网络连在一起,这样它一天24小时之内的计算比1962年以前全世界所有的人力计 算还要多。而其他研究者还认为这一估计有些保守,他们认为从20世纪70年代末的 某一天算可能更准确。 然而电子计算机运行速度并不是国家安全局最亟待解决的问题,安全局所担心 的是日本方面的发展速度。日本是除美国外惟一积极发展超级计算机的国家。1988 年夏,主要的计算机科学专家召开了一个会议,评估日本在超级计算机方面的进展 情况。国家安全局的超级计算机研究主任也参加了,如果说他们走进会议室时还充 满信心,那么他们离开会议室时已经相当紧张了。日本在这个领域才刚刚起步6 年 时间,就已经赶上甚至超过了发明了计算机并一直在这一领域保持领先20多年的美 国。 美国超级计算机工业的主要问题是依靠日本计算机公司来提供关键部件制造机 器,比如计算机的芯片。这是20世纪80年代中期到末期美国逐渐放弃了半导体制造 业的结果。比如说1986年,根据国防部研究小组的记录,国家安全局确实依靠日本 公司制造196 种不同芯片中171 种的关键元件。日本公司没有事先通知就停止生产 一种主要芯片一陶瓷数据包,国家安全局开始为此担忧。 更糟糕的是,日本计算机制造商可以放慢或中止向美国超级计算机的竞争对手 和国家安全局供应一些主要的计算机部件。这种担心使小组成员认为“用不了几年, 美国公司如果发现自己在计算机领域只落后日本一代就算是最幸运的了”。 由于担心会出现这样的局面,国家安全局在全国半导体公司的帮助下,斥资8500 万美元建造了自己的微电子生产和实验厂,这就是特别处理实验室。这个实验室位 于神秘城,实验大楼的设计是超现代的,没有窗户,占地60000 平方英尺,1991年 开始生产芯片。现在大楼里有雇员有几百人。楼里有面积达20000 平方英尺的“10 级”无污染室——这些房间的空气比一般空气要干净10000 倍。水也必须是超纯度 的水,因为水中的微粒会损坏晶体管。 建造自己的工厂对于国家安全局来说还能解决另外一个问题,在按安全局具体 要求制造独一无二的密码破译机时,可以对机器的组成部件绝对保密。所谓的“专 用集成电路”(ASICS )元件通常是密码破译系统的“大脑”。所以一位安全局工 作人员说,到外面去采购这些元件就像是做了一场“噩梦”。由于能把100 万个甚 至更多的晶体管挤到一块硅片上,这样设计者就可以在芯片上制造一个完整的规则 系统,也就是说一个完整的密码系统所需的材料比1 角的硬币还小许多倍。这种芯 片如果落人别有用心的人手中后果不堪设想。 于是,国家安全局在芯片上加了一个秘密自毁装置,它由劳伦斯。利弗莫尔和 “桑迪阿”国家实验室共同开发研制。这样,国家安全局生产的芯片就有了一个特 制的自毁涂层作为防护装置。据消息灵通人士说:“如果不怀好意的特工想知道芯 片的真相,涂层就会剥去上面一层的电路。” 1988年举行了计算机科学专题会议,6 个月之后,人们开始再度担心日本在超 级计算机工业方面的快速发展。1988年12月6 日,“克雷”芯片的主要供应商日本 的富士通公司宣布取得了一项重要成果,它制造了一台速度极快的计算机,理论上 每秒最快能进行40亿次操作。这一速度甚至可以击败克雷最好的计算机XMP ,而XIMP 计算机当时面市还不到一年时间。国家安全局感到不安的是,日本公司可以轻而易 举地把这种运行速度极快的计算机卖给其他国家,而这些国家就可以利用这种机器 开发密码系统,从而使国家安全局破译密码计算机望尘莫及。 正当日本公司奋起直追,甚至在速度上超过美国时,在软件开发和并行处理方 面,美国超级计算机遥遥领先。富士通的计算机仅有两个处理器。克雷和ETA 的计 算机都有8 个处理器,这在某种意义上也可以说是有8 个大脑,这样它们就可以同 时对一个问题的不同方面进行处理。 西摩。克雷认为,16台处理器比8 台处理器强。数年来他一直想制造一台有16 个处理器的“克雷”3 号计算机,以证明此说。但这样做起来,既耗时又费钱。克 雷研究室由他亲手建立,但不再属于他。西摩。克雷带着200 名雇员和1 亿美元搬 到科罗拉多一斯普林斯市建立了克雷计算机有限公司,它是克雷研究室下属的一家 独资公司。按照计划,克雷计算机有限公司最终将独立。 像赛车选手的脚踩上了油门一样,克雷也加足马力,继续力争使计算机有更快 的速度。他希望突破每秒运行160 亿次的速度。作为新计算机核心部件,成千上万 块芯片不是用传统的硅片,而是用一种全新材料砷化稼制成——事情的秘密就在于 此。虽然这种物质使用时难度更大,价格更高,但电子通过新材料的运行速度比通 过硅片要快10倍。 作为“奇拍瓦福尔斯的隐士”,克雷在科罗拉多一斯普林斯他的新试验室里悄 悄地进行他的工作,而他周围的世界已经发生了变化。冷战已经结束,武器设计者 已不再购买超级计算机。里根政府耗资巨大的“星球大战”计划已由克林顿时代削 减赤字的计划所代替。由少数超大功率处理器组成的华丽外壳的克雷计算机,朝由 成千上万价格低廉的微处理器组成的大量并行计算机方向转变。就像赛车比赛一样, 原来使用的价格昂贵、手工打造的“二级方程式”赛车被迫退出跑道,改用商店里 就能买到现成的增压器和16缸化油器装配起来的廉价赛车。 在ETA 这个曾经制造出超级计算机ETA10 的公司,1989年春天的一个星期一, 当800 名雇员去上班时,发现公司大门紧闭。公司已欠下了4 亿美元的巨债。 4 年后,国际商用机器公司最终停止向史蒂夫。陈的SSI 计算机项目拨款,他 的新公司——超级计算机系统公司,被迫关门。国家安全局曾为陈提供部分资金, 他已经花了5 年时间想建造一台比世界上任何一台计算机都快100 倍的计算机。但 是由于这一发明花费过高,且成功之日又遥遥无期,最后只得停止。在公司关闭几 个月后,公司先前的一名工程师开车经过一个农场时,看见一个奇怪但颇为熟悉的 金属柱形物。走近一看,证实了他的担心:这个金属柱状物正是SSI 计算机的外部 构架,它已经被当做废铜烂铁卖掉了。 1991年,“电脑公司”把其制造的第一台大规模并行计算机——“联机CMS ” 向国家安全局交货,安全局叫它“弗罗斯特伯格”。这台机器一直用到1997年,它 的外形有些未来派的味道。黑色的立方体带有长长的闪烁红光的控制板,就好像是 “星球大战”遗留下来的装置。这台造价2500万美元的计算机刚刚安装2 年,国家 安全局就又给它增加256 个处理器,体积成为原来的2 倍。这样,“弗罗斯特伯格” 承担一项工作时,就可以把它分成512 个部分,每一部分都能同时工作,其运算速 度每秒达655 亿次,同时令人吃惊的是其内存达5000亿个单词。 1993年,“克雷”3 号计算机终于面市。其运行速度大约每秒40亿次,但没有 购买者。几乎一贫如洗的公司花了一年的时间寻找买主,终于和它的老搭档——国 家安全局达成交易。1994年8 月,安全局给克雷420 万美元,用来制造“克雷”3 号更专门的版本,用于信号处理和模式识别——也就是说用于窃听和破译密码。这 台名为“克雷”3 号或“超级可量测系统”的计算机被称为“世界超级间谍机”。 这台机器把2 台超级计算机处理器用大规模芯片连结起来,这些芯片由50万个廉价 处理器组成,均由国家安全局超级计算机研究中心设计。 但是在期待克雷获得成功的同时,国家安全局的科学家们也在机构内部进行了 一些新的设想。设想之一就是要制造一台名为“飞溅2 ”的处理器,当它与通用计 算平台相连时,其运行速度能提高到超级克雷机的水平,而费用只是克雷机的一小 部分。 当西摩。克雷在努力完成“克雷”3 号时,他也在和过去的母公司克雷研究室 进行竞争。克雷研究室正在制造代替YMP 的名为Ceqo的机器。同时,研究室一个名 为TMO 的动力室也接近完成,其运算速度每秒达600 亿次。同时,西摩。克雷希望 能用“克雷”4 号再次超越对手,“克雷”4 号预计1996年制造出来。 截至1994年秋,制造“克雷”4 号的工作进展出人意外的顺利。克雷计算机公 司预计在1995年初完成这台计算机。这台机器比“克雷”3 号功率提高1 倍而费用 只是它的1 /5.计划退休的西摩。克雷甚至谈到在退休前制造出“克雷”5 号和 “克雷”6 号。这就是为什么当人们看到警方的封条时感到非常的震惊。1995年3 月24日早晨,雇员们来公司上班时,他们看到警方把公司的门用封条封了起来。起 初人们感到很迷惑,但是当他们看到旗杆上升起的白旗时,明白这个有着无数想法 的人也破产了。 一向乐观的西摩。克雷把几个他最忠实的追随者召集在一起,大家拿出自己银 行账户里的钱凑了一笔款子,成立“西摩。罗格。克雷计算机公司”。克雷觉得 “从头做起”更自由。他认为这是一次机会,他希望通过制造首台每秒运行万亿次 的超级计算机,能最终跨越速度这一障碍,每秒钟运算万亿次的速度,要比“克雷” 1 号计算机快12000 倍。 但是对手不期而至。1996年春天,甚至连美国政府也不理解克雷公司,转而与 日本计算机巨头日本电气公司签订了价值3500万美元的合同,用于购买有128 个处 理器的SX4 超级计算机。sx一将用于“国家大气层研究中心”。国家安全局很着急, 因为澳大利亚、加拿大、英国及其他国家的气象中心正在安装相应的系统,这些系 统至1998年1 月能达到每秒200 至800 亿次的运算速度。安全局认为克雷研究室不 能生产出速度如此之快的计算机。气象中心的头儿威廉。布兹比说:“克雷研究室 之所以失去这次采购机会,简单地说,是他们提供的机器国具有技术上的风险而不 能令人接受。” 其他人也认为,尽管有不屈不挠的蛮干精神和没完没了提高机器运行速度的许 诺,但最终克雷再也不能取得以前的骄人成绩了。“硅图形显示有限公司”系统技 术主任约翰。马舍耶说:“因为规则改变了,所以克雷计算机再也不能取得成功, 这是不争的事实。这就像观看你喜爱的四分卫球员的比赛,这位曾多次赢得超级杯 赛的球员,1976年以后就再没赢过。他的膝盖都已破裂变形,看着他被那些体重300 磅的队员擒抱摔倒,你会觉得非常残酷。尽管他不断地摔倒爬起来,但看他比赛真 是折磨人。你真希望他见好就收。” 几个月后,克雷驾车从一家软件商店返回时,另一辆车撞上了他的黑色豪华切 诺基,车翻了三个跟头,克雷也受了重伤,一直神志不清,两星期之后,即1996年 10月5 日,这位曾亲手制造出世界上最快的计算机,做事像工艺精湛的瑞士钟表工 一样一丝不苟、性格腼腆、行为怪异的人,最终与世长辞。他的骨灰撒在了科罗拉 多陡峭的山峰和灰暗的山谷中。在他生命的最后几年,这些山峰和山谷曾给他带来 灵感,并默默地安慰过他。一位计算机专家说:“在个人电脑把‘兆浮点运算’这 个概念带到大众面前之前,克雷在计算机工业中的角色就像摇滚乐歌星一样耀眼夺 目。” 令人遗憾的是,在克雷死前数月,他亲手在威斯康星州奇珀瓦福尔斯建立的心 爱的公司也夭折了。由于财政危机,公司被迫裁员近1 /4 ,“克雷研究公司”也 与其断交。公司由“硅图形显示有限公司”接手——这是一家加利福尼亚高性能工 作站的制造商,这种机器成为克雷公司最大的竞争对手。一位市场分析家不无留恋 地说:“克雷是超级计算机市场在20世纪80年代和90年代竞争中的最后一位代表人 物。在20世纪80年代和90年代超级计算机大战中,他一直遥遥领先,没人能超过他。” 事实上,有一个人可与之媲美。由于政策改革和西摩。克雷死去,只剩下这一 个人要同一大批“微处理机杀手”即大规模并行微处理器来斗争了。大规模并行微 处理器使投资巨大、性能极高的超级计算机濒于灭绝。伯顿。史密斯是一位身材高 大,头发有些凌乱,满脑子唐吉河德式梦想的人。他的公司名为“太拉计算机公司”。 1997年,他们公司制造的机器创造了挑选整数的世界记录,使这一领域的许多人惊 讶不已。伯顿通过减少把新数据放到处理器上的等候时间来提高速度。伯顿认为, 计算机短期理论上达到的“峰值”速度与长期“持续”速度中间有一个间隔,减少 这段间隔时间能克服大功率计算的致命的弱点。 毫无疑问,史密斯也想把机器卖给国家安全局,这种机器的价值是4000万美元。 史密斯曾在国家安全局超级计算机研究中心工作过3 年。1988年,他离开国家安全 局,成立“太拉”公司。事实上,他的早期资金都来自国家安全局的合作伙伴:国 防高级研究计划局。 一位“高级情报官员”受到史密斯研究的鼓舞,他会见“圣地亚哥超级计算机 中心”主任锡德。卡林时,让他帮助并支持“太拉”公司。这位情报官员告诉卡林 :“像伯顿。史密斯和西摩。克雷这样富有革新精神的设计者已为数不多,他们需 要扶植。”这样,1988年,史密斯在“圣地亚哥中心”建立了他的第一个系统。 然而仍然有一些人对史密斯持怀疑态度。一位著名计算机设计者认为,太拉系 统是“伯顿的荒唐之举。”甚至史密斯也承认:“大多数人都认为我们疯了。”但 仍有一位观察者指出:“伯顿。史密斯是绝无仅有的。” 随着超级计算机企业开始破产,国家安全局也越来越担心,因为数十年来,安 全局秘密承担了这一行业的大部分费用;密码破译机需要大量计算机为其提供动力。 现在安全局官员看“硅图形显示有限公司”,就像旁观者看慢动作的汽车事故。公 司在经过一年半的运行后,处于一片混乱中。“硅图形显示有限公司”向外公布说, 公司损失已达5000万美元。一位公司资深首席执行官辞职,而在3 年前,公司还利 用计算机图形显示技术制作了电影《侏罗纪公园》。一位记者不无讽刺地说:“公 司恐怕也面临像恐龙绝种一样的危险了。” 到1999年,“硅图形显示有限公司”一直在艰难度日,就像一名拳击手,挣扎 着在最后1 秒钟站起来一样。公司股票跌幅超过20%,另一名公司首席执行官也离 开了。据说公司还要裁减3000个职位,另外还要将克雷超级计算机部门剥离出去。 国家安全局担心的是:他们已经和公司签订合同,制造最新的超级计算机“克雷” SVZ.于是做出了打开现金出纳机抽屉的决定。国家安全局首席科学家乔治。科特说 :“美国一定要在超级计算机领域保持长期领先地位。在保护国家安全利益方面, 这些大功率计算机起着非常重要的作用。为此,美国政府肯定会支持‘硅图形显示 有限公司’的‘克雷’SVZ 计划。” 同时,科特指出,国家安全局当前最迫切的需要是继续类似超级计算机的合作 项目。他说:“政府的支持说明,要开发高端计算关键技术,政企的长期合作十分 必要。SVZ 的研制中所使用的技术就包括与美国政府共同开发。这样就在很大程度 上把专门设计的高端处理器与目前”克雷“超级计算机公司所能提供的高速记忆存 取结合起来。”这一新的系统使国家安全局超级计算机在储存带宽,互联及向量处 理方面达到一个空前的水平。其峰值速度估计为几十万亿浮点运算次数,比任何一 台现有的超级计算机都快。 2000年超级计算机业又恢复原状,像两个在赛马场输光钱的赌徒,把零钱凑在 一起准备孤注一掷一样。伯顿一史密斯的“大拉计算机公司”,从“硅图形显示有 限公司”手中买下了克雷公司,对于国家安全局来说,这是个好消息。有消息说, 安全局介人了这件事,“因为安全局要求至少有一家美国公司能够制造超出多数客 户需要,性能最优良的超级计算机”。继续为安全局制造的SVZ 计算机,预计在2002 年完成。 同时,克雷公司着手与国防部签订一个新的合同,对“克雷”ThE1200 超级计 算机进行升级。这台新机器在原有的272 个处理器的基础上,又增加了816 个处理 器,这是迄今为止的最大的克雷系统,这1088个处理器使运行速度达到每秒1.3 万 亿次。在西摩。克雷死后4 年,这台以他的名字命名的机器终于克服了万亿这个时 间障碍。 尽管有这些令人鼓舞的迹象,但超级计算机的发展不景气使许多人认为,国家 安全局应该从有风险的外部世界重新回到神秘城的黑色计算机实验室。 1997年2 月,当第一台超级计算机从OPSI号地下室出来时,大规模的大脑移植 开始了。这台机器的目的地是隐藏在神秘城树木茂盛的一角的“托德拉”超级计算 机中心的顶楼。一年多以后,最后一台超级计算机也非常小心地安装到位,由一条 秘密的光纤中枢与一英里之外的安全局主机相连。当这些操作完成后,国家安全局 就拥有了世界上功率最大的电脑。 “托德拉”超级计算机中心浓荫环抱,警卫森严,设有双重围栏和混凝土路障。 中心坐落在神秘城的瑞姆路上,这条路是以国家安全局第四任副局长的名字来命名 的。这座占地183000平方英尺的中心几乎没有窗户,它的外墙用好看的浅色瓷漆金 属板来装饰。一楼安装的是生命保障设备,一个有8000吨重的冷却水车间,机械和 电气保障设施和29兆伏安的电力,足以提供半个安纳波利斯市所需用电量。 顶楼5 间屋子里除其他设施外设有计算机操作指挥中心,那里有大约150000盘 磁带,这些磁带是从神秘城的“筒形仓库”中运来的。像“克雷”YMpEL 计算机和 “硅图形显示功率挑战”计算机这样的超级计算机都放在了这一楼层的其余地方。 1999年还安装了新的IBM RS/6000SS机,这种速度更快的系统版本可以驱动超级计 算机“深蓝”。1997年,“深蓝”在苦战6 局后赢了象棋大师加里。卡什帕罗夫。 国际商用机器公司新的“动力”3 型微处理器可以提供更大的驱动力和更快的速度。 它每秒能完成20亿个指令——是“动力2 型超级芯片”的2 倍多。这种计算机是国 际商用机器公司称做“深度计算”系统的中心。它的主要用途就是“采集数据”, 通过搜寻大量数据,比如截获的通讯或复杂的密码系统等,然后找出答案。国际商 用机器公司的执行官戴维。图雷克说:“RS/6000SP机可让你随时进行超级计算。” “12角形的自动盒式磁带系统”可把大量的情报输入输出超级计算机,它就像 一台极好的自动唱机。这台机器好像一间小房子,重4 吨多,高速存储装置可容纳 6000个微型磁带,也就是总共300 万亿字节的情报——这相当于1500亿页的文本。 据国家安全局说,这一数字还相当于150 万年的《华尔街日报》,把这些报纸连起 来可绕地球3000圈,按11本一摞组成一道墙可以从纽约城一直铺到洛杉矾。 自动控制装置的杆上有两台照相机和一只“手”,照相机先找到所要查找的磁 带盒编号,然后用“手”把磁带盒放到所要检索的区域,这样就可以得到所需要的 磁带,装置的杆在计算机上把磁带移进移出的速度是每小时450 次。 国家安全局非常需要有这样一个系统来处理存储的情报。为了存储从世界各地 窃听站源源不断输送的大量数据,国家安全局几年前就与“E 系统”公司秘密寻找 解决办法。最后提出的办法是把如电话亭大小的计算机串联起来,这样系统就能存 储5 万亿页的文本,这叠纸摞起来高达150 英里。再加上一个新的检索系统,任何 情报都能迅速存取。 由于超级计算机工业摇摇欲坠,国家安全局建立了一个绝密中心,用于开发自 己的机密的计算机,这个中心就是“超级计算机研究中心”。1984年成立时是为了 在计算机性能方面赶超世界上其他国家,像30年前的“闪电计划”一样。只不过这 次工作完全是在绝密的情况下完成的。据当时的国家安全局局长,林肯。福勒中将 说,“超级计算机研究中心‘的主要目标是制造出比目前计算机快10000 倍的新一 代计算机。 并行处理规则系统等课题的研究已花费了成百上千万美元,这些研究可以使计 算机具有超级速度,来破译功率日益增大的外国密码系统。同时,“超级计算机研 究中心”将要研制出来的密码系统把那些有敌意的密码破译者远远抛在后面。“超 级计算机研究中心”所做的研究几乎或从不公诸于众,但国家安全局制造的计算机 无疑是世界上速度最快、功率最大的计算机,在竞争中遥遥领先。 “超级计算机研究中心”建在马里兰大学的科技中心,它占地20英亩,耗资1200 万美元。中心由隶属国防分析研究所的通信研究部门管理。40多年来,通信研究部 门一直主管着国家安全局自己的高度机密的智囊团。1958年,艾森豪威尔总统批准 成立这个研究部门,它原名为国家安全局研究所,其目的是要进行一个长期的有关 数学与统计方面问题的高级研究。这些问题关系到国家安全局的密码破译和窃听活 动。研究所还执行了一个特殊的夏令计划,把学术界的人员召集起来,然后将这些 人介绍给密码学界的人士。 1965年,研究所曾一度开发出一种独一无二的密码破译机,取得了巨大成功。 1965年,国家安全局的一份秘密报告说:“这种设备,就其本身而言,说明到目前 为止用在研究所上的钱没有白花。” 研究所建立初期的所长是巴克利。罗瑟博士,他是威斯康星大学的数学教授, 以研究符号逻辑和数论著称。艾德里安。阿伯特博士是芝加哥大学物理科学系的主 任,也是线性代数和数论方面的专家,他于1961年接任所长一职。 最初,国家安全局研究所坐落在普林斯顿大学校园后边的高墙内,但由于20世 纪60年代出现的反战抗议活动,安全局出于保密和安全考虑,把研究所移到一个四 四方方、三层砖结构的大楼里,藏到了一个远离校园与世隔绝的树木茂盛的地区。 这座神秘的大楼只有第三层有窗户,而且大楼也没标出名称或居民的性质。最后, 为了进一步掩盖与国家安全局的关系,研究所更名为“通信与计算中心‘,专门从 事机密密码破译和研究窃听学科,诸如:秘密数学、秘密计算、言语研究、特殊信 号处理技术等,中心也被称为IDAMI.1994年收到3400万美元资金,雇用技术人员149 名。 除了超级计算机研究中心,国家安全局还有一个物理科学实验室,它是安全局 技术处的一部分。与国家安全局研究所一样,物理科学实验室也成立于20世纪50年 代,当时国家安全局科学顾问委员会认为,安全局应该建立一个“世界学术界和物 理科学研究的窗口”。结果,安全局和马里兰州大学合作创建物理科学实验室,房 屋建在与称做学院园的校园毗邻的地方。 1992年,物理科学实验室搬到一座新的难以形容的面积63500 平方英尺的大楼 里。大楼坐落在学院公园的绿茵路上。这座大楼每年向学校交480000美元租金,它 位于驼鹿园附近,没人注意它,而且在校园电话簿里也找不到它。“我们不知道他 们是干什么的。”大楼隔壁兽医中心的管理人员说。 实验室的建设耗资1090万美元,极为先进的技术使国家安全局的窃听技术有了 突飞猛进的发展。利用磁性显微术能够对磁带上的细微磁道进行研究,而且大大加 强了数据的存储密度,这样一来,窃听人员就可以将更多的对话录人录音机中。计 算机运行速度的提高也非常关键。为提高计算机运行速度,物理科学实验拥有性能 优良的分子束外延设备,用来开发微型激光器、光学放大器和其他用砷化银做成的 零部件。但是速度与热量是划等号的,因此物理科学实验室也开发了人造钻石技术 来处理这个问题。人造钻石要比铜在导热方面并行率高出许多倍,但比真钻石便宜 得多。比如说一个镶嵌在普通陶瓷上面的集成电路,处在室温时可达87℃,而镶嵌 人造钻石的集成电路温度是54℃,这一温度可以使国家安全局的密码破译机在相对 低的温度下工作,而速度更快。 速度不仅与热量划等号,也等同于大量数据的存储。由于越来越多的使用占内 存空间很大的多媒体文件和要使更多的客户得到资料,这一问题变得更加突出。问 题的解决办法之一是实施“大型海洋水族馆”计划,它第一次实现了自动存储国家 安全局多媒体信号情报的目标。 同时,“大型海洋水族馆”计划使情报检索和分送现代化了。原先每一个间谍 机构都精心地把情报放到一个安全地方保护起来,而今天要“资源共享”。借助 “大型海洋水族馆”计划,国家安全局的秘密不仅可以通过自己的内部“网络世界” 进行检索与分送,而且整个情报系统还可以通过像“Intelink”这样的绝密程序进 行检索。 由于国家安全局数据存储海的深度及广度均有限,借助更新的办法,科学家们 正在缩减流人的信息河的宽度。前景最被看好的方法是显微镜磁石,它只有一个分 子大小。施乐复印机公司的科学家认为,这种由锰、氧、碳和氢组成的磁石的存储 密度,比现在存储系统大上千倍甚至上百万倍。专家们认为利用这种像分子一样大 的磁石,某一天能存储成百的千亿字节的数据,相当于成百万的打印页面,而大小 只如一个大头针的头部。 到2001年,国家安全局的磁带和磁盘的存储密度已接近每平方英寸100 亿字节, 相当于50万隔行打印机的页面。但是如果塞人的数据越多,就越难抹掉,而且会把 秘密泄露出去。为此,国家安全局物理科学实验室另外一个主要研究领域是,通过 探索数据存储与消除的微观特性,来找到更有效的办法清除旧磁带及硬盘内存储的 机密。计算机专家西姆森。加芬克尔说,在硬盘上即使很小的部分也还能含有相当 多的信息。比如,一个60亿字节的硬盘,1 /16平方英寸的地方就能容纳750000个 字节,相当于一本300 页的书。加芬克尔说:“一个间谍完全可以把硬盘拿走,把 它弄碎,然后取出里面存的数据。”为了解决这一问题,国家安全局开发研制了一 种驱动控制磁盘清洁装置,它与主要的磁盘部件相连,这样就能完全消除磁盘和驱 动器用过的机密情报。 在国家安全局超级计算机研究中心,展开研制最快计算机的秘密竞赛有些超尘 脱俗。1994年和1995年,国家安全局的科学家参加了一系列关于探索计算机技术跨 越式发展可能性的会议,目标是在20年内实现每秒运行从10亿到万亿,最终达到10 的15次方。 国家安全局关于实现每秒运算速度超过10的15次方的目标的想法之—,就是在 存储芯片中安插处理器。存储芯片中处理器即PIM ,能有效地减少电子信号从处理 器到各存储芯片的运行时间。这些PIM 芯片正由安全局的“特别处理实验室”制造 生产。 到2001年,超级计算机早已经超越了10的12次方,正接近10的15次方的速度, 届时,时间将以毫微微秒来计算。这是迄今科学上所知的最短时间。以如此的速度, 机器就能打出一连串监听的密码原文,而每秒10的15次方的速度瞬间就能把问题解 决。科学家们原来预计要想达到这个速度可能要到2010年某一时刻,但国际商用机 器公司试图用绰号为“蓝色基因”的超级计算机把时间缩短一半。 在2000年到2005年的5 年多时间里,这个公司计划制造世界上最快的计算机— —比现有的任何计算机都快500 倍。一份报告说:“这种机器将会消耗大量电能, 散发出的热量如此之多,以致要用像喷气机的发动机大小的燃气涡轮机来冷却。” 据公司说,与现今世界上40台最快超级计算机的功率总和相比,这台计算机还要大 40倍,是现有最快台式电脑功率的200 万倍。 虽然国家安全局很可能秘密地成为国际商用机器公司的客户,但是“蓝色基因” 的最终目标就是为了解决与国家安全局不同的各种各样的难题。“蓝色基因”独一 无二的目标是,用一种独特的形状来模仿人类蛋白质的组成方式,因为发现蛋白质 分子性能很重要。从某种意义上来说,“蓝色基因”有点像国家安全局原来使用的 破译一种特定的密码系统的“快速分析机”。 “蓝色基因”建成后,将由高6 英尺的64座计算塔组成,占地长、宽各为40英 尺。里面将有令人难以想象的100 万台处理器。它的目标是达到每秒运行10的15次 方。 当国家安全局真的实现10的15次方这一目标时,它是不会让外界知道这件事的。 到2005年,超级计算机研究中心经过了高度的专业化发展,很可能要开发每秒运行 10的18次方的计算机,甚至每秒运行10的24次方的计算机。超过这个限度的数字还 没有为其定名。一位安全局负责技术的资深人员惊奇地说:“它是世界上最大的‘ 玩具盒’,在任何事情上他们总能制造出他们所要的。” 以10的18次方次以上的运行速度运算简直是难以想象。关键的问题是如何使其 微型化。到20世纪90年代中期,国家安全局特殊处理实验室已经缩小了晶体管的尺 寸,70个晶体管也就相当于一根头发的粗细。国家安全局也正在尝试开发新一代芯 片,它是通过离子撞击感光材料的方法来蚀刻极微小的电路。用离子束可以代替传 统光束制造出更小、更复杂,也是效率更高的芯片。 20世纪90年代后期,国家安全局实现了突破性进展,它使超级计算机的尺寸缩 小到家用电冰箱的大小。最终将其缩小到一个手提箱大小,但其运行速度却提高了 10%。1999年,国家安全局和国防高级研究所共同合作证明可以把超级计算机做成 一面为6 平方英寸的立方体,小到可以装到大衣口袋里。它的电路主要是用钻石做 成的多芯片组件组成,用气雾剂来冷却系统产生的2500瓦热量。 要达到10的18次方的速度,计算机的零件——甚至计算机本身一可能需要到原 子,甚至亚原子粒子大小。在超级电子计算机研究中心,寻找更新更快的办法闯入 加密系统的科学家们已转向量子计算。这就需要研究原子结构这一微观世界的内部 联系和寻找出利用原子来完成各种各样不同任务的办法,从而把计算机的运行速度 提高到一个令人难以想象的程度。 国家安全局对量子计算的浓厚兴趣可追溯到1994年,当时,贝尔实验室与国家 安全局保持秘密联系的数学家彼得。肖尔发现了这一新的科学事物在破译密码方面 具有的优势。从那时起,国家安全局每年拿出400 万美元,在许多大学资助这一研 究,并另外出资由官方实验室从事这方面的研究。 由于运行速度快,量子计算机就可以解开大量的素数,这些素数对于许多加密 系统来说是“密码口令”。普通超级计算机能分解的最大数字为140 位。但据另一 位使用量子计算的贝尔实验室科学家洛夫。格罗弗说,量子计算分解140 位长的数 字比目前的速度快10亿倍。格罗弗说:“至少在理论上量子计算的前景令人大为惊 叹……是个在半小时之内可以把互联网的每个角落都搜索一遍的搜索引擎。是个‘ 暴力’解码机,可以在5 分钟内解开按‘数据编码标准’(银行和多数企业都使用 这种编码标准)传输的信息。” 量子计算机也可以加速破译大量的截获通讯数据——国家安全局说它像一个 “扫描器”——能够找到每一个关键的字、词,如果幸运的话,甚至可以有“惊人 的发现”。“惊人的发现”往往在所破译的密码系统中很反常,有时甚至难以捉摸。 比如说,它可能是俄国的密码程序中的纸漏之处,或是硬件不完善,甚至传输程序 混乱等问题。一旦发现了诸如此类的差错,国家安全局的密码破译员就可以用这种 大功率的“暴力”解码机来去其糟粕取其精华。 1998年4 月,量子计算研究取得了突破性进展。麻省理工学院、国际商用机器 公司、巴克利的加利福尼亚大学伯克利分校、英国牛津大学等研究人员宣布他们已 经成功制造出可用的量子计算机,计算机的处理器由在氯仿中酿出的大堆氢原子和 氯原子组成。数字转换使用的是最小的信息单位量子二进制。传统的计算机是M 进 制,用0 或1 来表示。而量子M 进制则可以同时使用二者。量子计算机不再只是黑 白两色,而将变得五颜六色。 约翰。马尔科尔曾长时间为《纽约时报》追踪报道这一事件。据他说,1999年 7 月可以算做另一个里程碑。在惠普公司和洛杉矾加利福尼亚大学的研究人员宣布, 他们已成功地制造出电子逻辑门的雏形——这是计算用的一个基本部件一其厚度仅 为一个分子大。4 个月后,惠普公司的科学家说他们又取得了另一个突破,他们制 造的超微型导线,粗细还不到12个原子。 用普通术语解释,量子计算机就是一种能同时进行很多超高速运算的机器。现 今,要想打开或锁上一个复杂的密码系统,不像过去超级计算机要一个接一个去试 10的15次方个不同的钥匙,用量子计算机可以同时去试这些钥匙。物理学家预测, 有一天这种机器要比现今所用的功率最大的超大型级计算机都快上千倍,甚至上百 万倍。 对此发现,神秘城的密码破译员们奔走相告。在洛斯阿拉莫斯,国家安全局秘 密资助的量子研究小组领导人里查德。休斯补充说:“这是很重要的一步。更有趣 的是,人们通过量子计算机找到了最简单的算法。” 另一个参与分子电子学研究的是国防高级研究计划局,这个国家安全局的长期 合作伙伴对于推动计算方法的改进也助了一臂之力。在国防高级研究计划局工作的 科学家们最近预测能把只有一层厚的小分子群制作成转换器和晶体管。他们认为, 通过这样的发展,将来计算机比现在最快的PC机快千亿倍。赖斯大学化学教授、致 力于分子规模研究的詹姆斯。图尔说:“可以想象,一台分子计算机所装有的晶体 管比世界上所有计算机装的晶体管都多”。 然而,在城的另一边,编写密码的人们听到这个消息则持谨慎的欢迎态度,他 们担心如果某一国家发现如何利用量子计算的功率和速度,而美国还没有开发相应 的防御措施,那么很可能会对国家安全局强大的密码系统构成潜在威胁。1999年, 日本电气公司已在研制量子二进位固态装置上取得了很大发展。日本电气公司的曾 根淳一说:“我们已在固态集成量子门上取得很大发展,如果用目前的超级计算机, 把200 位的数字分解成因子要用万亿年的时间,而现在用量子计算机只用不到一个 小时即可。”和量子计算机一样让人感兴趣的是,在20世纪90年代中期,国家安全 局参加了一系列“大跃进”会议,会议的议题是如何使计算机运行速度达到10的18 次方或更快。未来的计算机——现已装有循环冷却系统、泡沫状氟化物和人造血浆 ——可能会一部分用机械零件,一部分用生物部件。 到2001年,麻省理工学院的研究人员一直积极尝试通过改变普通的E 型大肠杆 菌,让其发挥电子线路的作用,从而把数字和生物紧密结合起来。这种结合可以使 计算机零件具有独一无二的再生功能。通过这样一个过程,许多几乎一模一样的处 理器就可以“生长”出来。麻省理工学院计算机专家哈罗德。坎贝尔森说:“我们 想一车一车地把处理器制造出来。”坎贝尔森和他的同事希望有一天能在生物材料 上制作线路板,他们把这一过程叫做非晶体计算。这样,就把活细胞置人了数字逻 辑线路。然而,由于细胞只有活着时才能进行计算,所以上百万或上十亿的小生物 元件必须置人最小空间。 朗讯公司所属的贝尔实验室也正从事“活”计算机的研究。他们从脱氧核糖核 酸(DNA )提取分子大小的“”马达“,马达非常小,3000亿个马达才相当于一滴 水大小。据贝尔实验室物理学家伯纳德。尤尔克说,最终可能将电子元件和DNA 结 合在一起。通过将DNA 纤维连结起来,可以使计算机产生难以置信的速度和存储量。 国家安全局最终也许能秘密地制造出一台快速、兼容且效率高的计算机,这台 计算机速度为10的15次方或更快,大小可装在一升的容器里,而只用10瓦功率来驱 动:这样的计算机就会成为人的大脑。