为什么科学界有很多老古董电脑仍在使用中?|《自然》技术特写

原文作者:Anna Nowogrodzki

保持老古董电脑正常运转是重要任务,也是一种乐趣。

美国国家航空航天局(NASA)的太阳动力学观测台(Solar Dynamics Observatory )运行在距离地球表面22000英里的高空,这是一颗发射于2010年的太阳监测卫星,上面满是高科技传感器。但直到2015年,在支持这些传感器的诸多地面系统中,却仍有一台真真切切的老古董设备。

好莱坞描绘起前沿科学来总是特别酷炫”,科罗拉多大学博尔德分校的太阳物理科学家James Mason说。他的团队建造了太阳动力学观测台上的一个仪器。

但Mason第一次前往新墨西哥州的白沙试验设施(White Sands Test Facility)——该实验室发射火箭以校准他团队在太阳动力学观测台上的仪器——眼前的这一幕令他大为震惊:数据汇流至一台四四方方的、20世纪80年代的定制台式电脑,吐出来的都是黄绿色的像素文字。Mason说,“它可实在太老了,我在互联网上找不到任何关于它的信息。“

插图:The Project Twins

他的经历并不罕见。从地球化学、语言学到生物化学、显微镜学,古董电脑在科学界随处可见。通常,一台老电脑上连着某个昂贵的科学工具组——像是显微镜或色谱系统,后者的软件与新计算机不兼容,或升级成本太高。有时候老电脑就是还能用,或者人们太需要用它,以至于没时间让它退役一阵子来进行升级。“我在用的一些设备年龄比我还大”,Kristin Low说,她是加拿大农业及农业食品部一位三十多岁的酶学家。

常言道:“没坏就别修。”无论原因如何,对许多的科学家而言,保持他们的旧电脑正常运转至关重要——也是一种乐趣。

为什么要用老古董?

在加利福尼亚大学戴维斯分校的博德加海洋实验室里,部分计算机仍运行着2001年发布的微软Windows XP操作系统,实验室主任Gary Cherr表示这是为了保持与扫描激光共聚焦显微镜及其他成像设备的兼容性。如果使用当前的Windows操作系统,整个团队需换掉整套显微镜。Cherr认为,潜在的边际收益不值得花上40万美元

有些时候是因为升级软件本身太贵。2008年,Low 在麦吉尔大学的本科实验室里曾使用过基于英特尔386处理器的计算机,运行着16岁“高龄”的微软 Windows 3.1操作系统,以连接到他们的液相色谱系统。Low说,如需支持升级后的操作系统,色谱软件也需要升级,这将花费1万美元——令人望而却步。

和许多实验室一样,Low的团队也仍在使用老电脑,因为团队不想乱搞已经行之有效的东西。这个色谱系统“是每个人都要用来纯化蛋白质的,每一天,每一刻都在用”,她说。德国雷根斯堡大学的神经科学家Bjoern Brembs直到2020年使用的还是基于英特尔486的系统。“自1994年以来,它几乎每天都在运行。“他说,这上面连着一个自制的果蝇飞行模拟器。“当你是一位新晋PI或博士后,你真的需要这个东西来大量产出数据,没时间给它升级。

有些实验室用老电脑是为了满足技术要求。语言学家Lauren Ackerman管理着英国纽卡斯尔大学的一个实验室,那里有一台定制电脑,仍在运行12岁“高龄”的Windows 7操作系统,用于对人的舌头进行超声成像。人们对这台电脑的主要需求是存储功能:它需要为每次持续一个小时的会议保留大量的图像、音频和视频数据;语言学家则利用这些数据研究不同舌形如何产生不同的声音。这台电脑还需要一种特定类型的扩展插槽——用于与成像硬件进行通信,并且它必须能够捕捉音频、视觉、鼻腔气流和来自喉部电极的电信号,这些信号用于测量声带是否开放。Ackerman估计,一台符合这些要求的新电脑要花数千英镑,和旧设备还不兼容,而她的团队希望将之用于教学目的。

对Brembs而言, 老电脑还有一个关键功能,在windows系统取代文本操作系统MS-DO (微软磁盘操作系统)以后就一去不复返了:MS-DOS可以“在数据进入时处理,无缓冲延迟“,他在自己的果蝇飞行模拟器中利用了这个功能。“Windows的后台同时进行许多进程”,Brembs说。你可能想要以精确的50毫秒间隔进行测量,但是操作系统可能只能以平均50毫秒进行处理,实际间隔时间从20到80毫秒不等,取决于它还需执行的其他操作。Brembs说:“在果蝇身上,这么大的延迟是感知得到的。

老而弥“坚”

这年头电脑隔几年就要更新换代,还在用几十年前的系统似乎有些不可思议。然而老式电脑可能出乎意料地耐用。Brembs称他的电脑在他使用的26年间从未罢工。Mason说他在NASA火箭发射时用的机器持续工作了30多年,一直干到2015年。这台机器的操作极为简单,并且不可能连接到互联网,即使他们想连也不成。最终,机器上扁平的彩虹色带状电缆(在现代计算机上已被更坚固的管状电缆取代)开始因反复插拔而产生磨损。他们在机器坏掉之前换了一台。

Karin Forney是美国国家海洋和大气管理局西南渔业科学中心的海洋生态学家,自1987年以来一直使用东芝T1000笔记本电脑在野外记录数据。她的研究包括乘坐一架小飞机,“只有长翅膀的Mini Cooper那么大“,去调查港湾鼠海豚和棱皮龟。她说:“你不会对电脑做的四件事,我们日常工作里要做三件。”她指的是把它放在潮湿、海风和极端温度环境中。

Forney已经尝试过更新潮的笔记本电脑,甚至那些“理应坚不可摧的”笔记本电脑。“它们俩礼拜就糊了”,她说。但那台东芝则完美胜任野外环境:它足够小,可以在狭窄的驾驶舱内使用,Forney就坐在飞行员旁边但必须不干扰飞行控制系统;液晶屏即使在明亮阳光下也读得出;散热足够好不会烫到她的膝盖;而且它很少崩溃。Forney总结说,它“真的很结实”。

由于没有内置硬盘,Forney将数据写入笔记本电脑的RAM卡中。她认为这是一个优点:因为小飞机的振动和热量会对硬盘的产生很大的影响。然后她用3.5英寸软盘将数据传输到更现代的电脑上。外置软盘读取器到处有卖,价格约为20美元。一般来说,运行过时软件的电脑不能连到互联网,因为任何不再更新的软件会受恶意软件和新发现的漏洞影响。许多机构如Ackerman的单位都有这方面的IT政策。她说:“你不会想要bug的。

除开bug不谈,没有什么是永恒的。当老古董个人电脑坏了,研究人员需要想尽办法、有创意,还要走运。

体力活和创造力

Forney曾从ebay上购买了一摞10台1987年出产的东芝笔记本电脑,每台售价从10到12美元不等。她说:”我们现在只剩下最后一台了。” 在Forney购买这些旧电脑时,她估计其中一半还有能用的部件,她用来替换坏掉的键盘、电池、屏幕和软驱。“我称它们为费雪电脑(美国玩具公司,其产品可拆卸组装),因为我把它们拆开还换了部件。那里面就真的只有五个部件。”电源损坏是致命一击,因为那是焊接在主板上的,无法更换。

当四年前Cherr的共聚焦显微镜的采集板坏掉时,他联系了生产商Olympus,打算买个新的。Olympus的工作人员告诉Cherr,新的板与老显微镜不适配,但幸运的是他们找到了一个旧板,会免费寄给他。“我们都明白现在的情况只是苟延残喘。”Cherr说。“如果这个板又坏了,我们只能去eBay上看看了”——或者换掉整个显微镜。

另一个策略是定制一台新电脑。当Cherr的荧光分光光度计连接的电脑无法工作时,他就这么办了。旧的那台电脑有一个ISA插槽,这是20世纪80年代的主板组件——用于连接声卡、显卡等设备,20世纪90年代中期之后就失宠了。但要插采集板(用来跟分光光度计通信)就得有这个插槽。Cherr购买了一台全新的带有ISA插槽的定制计算机,多花了1000美元。但不是每次都能这么干:中国科学院的神经科学家Li Liu用的是他在2000年组装的电脑,可与飞行模拟器对接——与Brembs使用的模拟器是同一种。但在2018年,“电脑崩溃了好几次”,他说,“我决定换掉它”。由于无法找到带有ISA插槽的主板,他买了一台新的电脑,改为通过USB连接到分光仪上。

在紧要关头,你还总能试试附近的计算机坟场。本科的时候,Low有一天走进实验室,发现连接着液相色谱仪的电脑无法启动。幸运的是,她是一个计算机爱好者,还在一个管理计算机实验室的学生团体中做志愿者。她发现是电源坏了,于是前往俱乐部阴暗发霉的地下储藏室。在箱子和杂乱叠放的电脑堆中,她找到了几个备用电源,并用其中一个让电脑起死回生。这套色谱设备“是同类产品中的佼佼者”,她说,”你没办法直接出去,现买一台50万美元的新机器。”

原文以Old-school computing: when your lab PC is ancient标题发表在2021年6月1日的《自然》的技术特写版块上

© nature

doi: 10.1038/d41586-021-01431-y

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