[科普中国]-摩尔定律失效后怎么办

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，computationalbrute 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AlphaGo，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。