摩尔定律失效后世界如何发展?
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摩尔定律失效后世界如何发展?

如今全球有30亿人随身携带着智能手机,而每个手机的处理能力都比20世纪80年代房屋大小的超级计算机强。

摩尔定律之后,可预见计算机硬件发展的时代已经结束。尔后,谁将接踵而至?

1971年,世界上跑得最快的汽车是法拉利代托纳,时速高达280km/h(174m/h);最高的建筑是美国纽约的双子塔,高达415m(1362英尺)。在这一年的十一月份,英特尔发布了世界上首个商业微处理器芯片——4004,包含2300个微晶体管,单个大小如同红细胞。

从此,芯片的发展速度如同英特尔联合创始人戈登·摩尔预测的那样线性发展。根据他的经验法则,也就是我们熟知的摩尔定律:大概每两年,随着晶体管越来越小,在硅晶上的排布越加密集,计算机的处理能力将会翻一翻,性能更好,成本更低。现今,一个英特尔的 Skylake 处理器上约有17.5亿个晶体管——大概50万个这样的晶体管的大小才相当于4004上的一个——全部运作起来传送速度是当时的40万倍。这样的指数增长速度是很难和物质世界联系起来的。如果从1971年开始,汽车和摩天大楼也以此速度发展,如今最高的车速将会是光速的十分之一;最高的大楼距月球只有一半的距离。

摩尔定理的影响我们能切身感受到。如今全球有30亿人随身携带着智能手机,而每个手机的处理能力都比20世纪80年代房屋大小的超级计算机强。无数的行业已经被数字化颠覆了。充足的计算能力甚至放缓了核弹测试,因为原子武器的的模拟爆炸测试要比真实测试方便的多。摩尔定律已经成为了一种文化隐喻:硅谷内外的人全都希望科技每年都能更进一步。

但如今,半个世纪之后,摩尔定律的结束已然可以看见。晶体管的微型化已经不能保证成本更低或速度更快。但这并不意味着计算的进展会突然停止,只是发展的性质的发生了变化。芯片仍然会越做越好,但改善速度会慢一些(英特尔表示数值处理能力现在是平均每2.5年翻倍)。另外,计算的未来不仅由原始硬件性能决定,而将由其他三个领域的发展来定义。

第一个是软件。本周一款能够下围棋的程序AlphaGo击败了人类最好的棋手之一李世乭,在韩国的5场比赛中赢得前两场。围棋因其复杂性一直吸引着计算机学家:棋盘上,落子的可能性比宇宙中的粒子还多。所以,围棋系统并不能简单的依靠计算暴力(译者注:计算暴力,computational brute force 指每秒算度两亿步棋和瞬间探索内含几百万个棋谱)去取胜。AlphaGo依靠深度学习技术,部分模拟人脑工作的模式。本次胜利表明了通过新算法能获得更为强大的性能。的确,硬件的缓速发展将会大大刺激软件的智能化研发。

发展的第二领域是「云」,互联网上提供服务的数据中心网络。无论是PC机还是大型机,当计算机独立运作时,它们的计算性能完全依靠处理芯片的速度。而如今,计算机在硬件性能没改变的情况下变得更加强大。当处理邮件搜索或查询最佳旅游路线等工作时,它们能够利用「云」中庞大(且灵活)的数值处理资源。此外,还拥有了互联的能力:智能手机的卫星定位功能、运动感应功能和无线支付功能都和处理器运行速度一样重要。

第三个改进方面在于新的计算架构——为特定工作优化过的专用芯片,甚至其他领域的技术,比如同时利用量子机制的特异性来处理多个数据集。普通的微处理器发展如此之快,没有什么必要去追求这一类的方法,但芯片现在会被设计成针对云计算、神经网络处理、计算机视觉和其他任务等的形式。这样的专业硬件会被嵌入进云中,有需要时就进行调用。这再一次意味着终端用户的设备原始性能并没有那么重要,因为重要的任务在其他地方被完成了。

速度并非一切。

这在实际中意味着什么呢?摩尔定律从来不是物理定律,而是一种自我实现的预言——是中心规划的胜利,通过这种规划,技术行业能够统筹同步其行为。它的结束会使技术发展速率变得更不可预测;在新的性能增强技术不时出现并开始运用之前,这条道路可能会十分坎坷。但考虑到大部分人在评判他们的计算设备时,主要考虑的是设备的能力和特性,而不是处理速度,所以对消费者来说并不会感到明显的减速。

对于公司来说,摩尔定律的结束可能会被转移至云计算遮掩起来。现在公司更新电脑已经没有那么频繁了,并且已经停止运营他们自己的e-mail服务了。然而这种模式取决于快速稳定的链接。这会增加带宽基建改进的需求:计算能力逐渐在云提供商的数据中心内部得以改进,那些信号较差的链接会更难以获利。

对于技术行业本身,摩尔定律的消亡也会加强云计算中心化的思维方式,而这些已经在一些大公司身上得到了验证:亚马逊、谷歌、微软、阿里巴巴、百度和腾讯等等。他们非常努力的去改进他们的云架构的性能。也在寻找进军新领域的初创公司:谷歌在2014年收购了DeepMind,正是这家英国公司创建了Alpha Go,而Alpha Go刚刚在过去的两天内连下两局,击败了围棋世界冠军李世乭。

对于过去50多年,这种看似不可阻挡的晶体管变革使得计算机稳步降价,并且更有能力。随着摩尔定律失效,进展也许不再那么有规律。但计算机和其他设备仍然会变得更强大——只是以不同的、更广阔的方式变化。

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