摩爾定律之後：計算的未來

1971年，世界行駛最快的汽車是法拉利代托納，時速280公里（174英里）；世界最高的建築是紐約雙子塔，高度415米（1362英尺）；同年11月，英特爾公司開發出首款商用微處理器晶片4004，它包含2300個電晶體，每個電晶體大小相當於一個紅細胞。

從那時起，晶片進步與英特爾公司聯合創始人戈登·摩爾的預測相一致。

根據他的經驗法則摩爾定律，隨著矽晶片上的電晶體不斷變小，排列越來越緊湊，晶片處理能力約每兩年提高一倍，以增強性能和降低成本。

現代英特爾Skylake處理器包含約17.5億個電晶體，4004晶片的一個電晶體就可容納其中50萬個電晶體，這些電晶體共同的運算能力相當於4004晶片的40萬倍。

這種迅猛發展很難聯繫到物理世界，假如汽車和摩天大廈從1971年開始以這個速度發展，那麼當今最快的汽車時速可達光速的20%，最高建築可達地球與月球之間一半距離。

摩爾定律的影響力隨處可見，如今30億人懷揣智慧型手機：每部手機的運算能力超過了上世紀80年代房屋大小的超級計算機。

無數產業遭到了數字化顛覆，強大的運算能力甚至減緩了核試驗，因為原子武器利用模擬爆炸比真實爆炸來的更加容易。

摩爾定律成為了一種文化象徵：矽谷業內外人士希望科技每年都出現進步。

但50年後的今天，摩爾定律正在走向終結。

讓電晶體變小已無法保證降低成本和提高運算速度，這並不意味著計算的進步將突然陷入停滯，但進步的本質正在發生改變。

晶片仍將進步，但步伐會放緩（據英特爾公司透露，目前的運算能力每2年半才能提高一倍）。

計算的未來將取決於其他三個領域的進步，已不再局限於原始的硬體性能。

不再相信摩爾

首先是軟體領域，預定本周在首爾舉行的5場古老圍棋比賽中，「阿爾法狗」程序在前兩場擊敗了人類最優秀的棋手之一李世石。

圍棋因複雜性而引起計算機科學家的濃厚興趣：可出現的棋局數量比宇宙粒子的數量還多。

因此，圍棋系統不能單靠摩爾定律提供的暴力計算來占據優勢。

「阿爾法狗」靠的是「深度學習」技術，部分根據人腦工作原理進行建造。

本周「阿爾法狗」的勝利表明新算法可極大提高程序性能。

事實上，硬體進步的放緩將強烈刺激人類開發更智能的軟體。

第二個進步領域是「雲」，這種數據中心網絡通過網際網路為人們提供服務。

如果計算機單獨工作，無論是大型主機還是桌面電腦，性能主要依靠處理晶片的速度。

如今無須更改硬體就能使計算機變得更加強大，依託龐大靈活的雲端計算資源來搜索電子郵件或計算最佳行駛路線等。

互聯能力進一步強化計算機的性能：當今智慧型手機具有的衛星定位、動作傳感器、無線支付等功能與處理器速度同等重要。

第三個改進領域是新的運算架構：比如為特定職業優化的專業晶片，甚至奇妙技術利用不可思議的量子力學來同時運算多組數據集。

當普通微處理器發展迅猛時，追求這些方法的需求就會減少，但現在設計出的晶片專門用於雲計算、大腦神經元網絡處理、計算機視覺及其他任務。

這種專業硬體將被嵌入雲端，根據需要進行使用，這再次表明用戶終端設備的原始性能不如過去重要了，因為繁重任務可以在其他地方完成。

速度不等於一切

這在實際當中意味著什麼？摩爾定律根本不是物理規律，而是自我應驗的預言：這是科技領域通過中央規劃取得的勝利，讓整個行業相互協同和一致行動。

摩爾定律的終結將使科技進步的速度更難以預測；隨著增強性能的新技術斷續問世，前方道路可能會遭遇坎坷。

鑒於多數人以功能和性能的可用性而非處理速度來評價自己的運算設備，所以消費者可能感覺科技進步有所放緩。

對於企業來說，向雲計算的轉變將掩蓋摩爾定律的終結。

企業現在升級計算機不再那麼頻繁，已經停用自家的電子郵件伺服器。

但該模式需依靠快捷可靠的互聯性，這將提高企業對改善寬頻基礎設施的需求：隨著運算的進步越來越發生在雲端供應商的數據中心，互聯性不佳將使企業的盈利減少

對於科技產業自身來說，摩爾定律的衰落強化了中央雲計算的思路，目前由少數幾家大型企業所主導：亞馬遜、谷歌、微軟、阿里巴巴、百度、騰訊。

這些公司正在著力改善雲端基礎設施的性能，同時也在招攬那些兜售新招數的創業公司：谷歌收購了Deepmind公司，這家英國公司於2014年製造了「阿爾法狗」。

五十年來，電晶體的縮小趨勢看起來勢不可擋，使計算機的價位不斷降低，性能不斷提高。

隨著摩爾定律的衰落，計算機進步將會放緩。

但計算機和其他設備將繼續變得更加強大，只不過進步方式不同以往，且更加多樣化。