当摩尔定律终结,我们将怎样面对未来的计算?

摘要

当计算机硬件可预测升级的时代结束之时,我们会面对怎样的世界?

编者注:摩尔定律是一条贯穿了计算机世界 50 年的经典预言,它伴随着整个行业的发展与革新。但当新时代到来之时,我们未来的计算会发声怎样的变化?

本文编译自 The Economist,原文标题为「After Moore’s law, The future of computinghttp://www.economist.com/news/leaders/21694528-era-predictable-improvement-computer-hardware-ending-what-comes-next-future),转载务必注明本文和原文链接。


在 1971 年的时候,世界上最快的汽车是法拉利 Daytona,它的最高时速能达到每小时 280 公里。而当时,全世界第一高楼还是纽约的世贸中心双子塔,它们的高度是 415 米。还是在那一年,11 月的时候,Intel 上线了他们第一款商用微处理器芯片 4004,它拥有 2300 个微晶体管,每一个都只有一个红细胞那么大。

自那以后,芯片的升级就沿着 Intel 联合创始人 Gordon Moore 的预测向前发展,根据他的预言,也就是所谓的摩尔定律:随着更小的晶体管被更紧凑地装配到集成电路上,每两年处理器的运行能力就会翻一倍,以此带来的是性能的提升和成本的降低。一个现代的 Intel 处理器 Skylake 包含大约 17.5 亿个晶体管——50 万个 Skylake 晶体管的大小大约相当于 4004 芯片的一根晶体管——运算能力也提升了 40 万倍。这种指数级的进步很难发生在物理世界当中,如果汽车或者摩天大楼按照同样的速度发展,那汽车最快的速度就已经能达到光速的十分之一了,而最高的楼也快盖到地球到月球距离的一半了。moores_law_of_exponential_growth.jpg

摩尔定律对我们的影响随处可见。今天,有 30 亿人的兜里都装着智能手机,它们每一支的功能都要比 1980 年代有一个房间大小的超级电脑还要强大。无数的行业都被这种数字化的变革所颠覆,充裕的计算能力甚至减缓了核试验的速度:因为让原子武器使用模拟爆炸比真实爆炸更加容易测试。摩尔定律已经成为了一项文化意喻:无论你是否身处硅谷,你都会期待技术能一年年变得更好。

但是现在,半个世纪之后,摩尔定律的终结就要到来了。让晶体管变得更小不再能保证它们更快或更便宜。这并不意味着进步会突然停止,但这种进步的性质正在发生变化。芯片仍然在变得更加好用,但是它进步的速度放缓了(根据 Intel 的说法,目前数字运算的功效每 2.5 年才能翻一倍);而计算的未来将会被其他三个领域的发展所定义,单纯的硬件表现已经无法说明问题了。

不再相信摩尔定律

软件至上的时代要到来了。本周,作为一个计算机程序的 AlphaGo 在古老的围棋比赛中战胜了世界上最优秀的棋手之一的李世石,比分是 4:1。围棋是一项特别吸引科学家们的游戏,因为它的复杂性:围棋棋盘上落子的可能性甚至要比宇宙中存在的粒子还要多。因此,围棋比赛不能简单地依靠基于摩尔定律的计算机蛮力去解决。AlphaGo 依靠的是「深度学习」技术,这项技术对人脑运作的方式进行了部分建模。它的成功显示了新的算法所取得的巨大成就。确实,人类在硬件上的缓慢进展将会为软件的开发提供更强烈的刺激。

第二个方面的进步是「云技术」,这种超越了互联网、通过数据中心网络为用户提供服务的新技术。当计算机都还只是一台独立的设备时,不管你是大型机还是桌面 PC,它们的表现都取决于处理器芯片的速度。而今天,计算机已经可以在不改变硬件的情况下变得更加强大,它们可以通过使用「云」上广阔而又灵活的数字资源来做许多事,比如在你的邮箱内内搜索出一条旅行计划并为你计算最佳线路。与此同时,它们的能力中都加入了互相连通的属性,比如智能手机现在都内置了卫星定位、运动传感器和无线支付功能,它们都和处理器的速度一样重要。web05.jpg

第三个方面的改进是计算结构的提升,比如那些为了具体工作责任优化了的专业芯片。当普通的的微处理器拥有很快的发展速度时,你不会想要有太多关注这些领域的需求;但世事难料,现在芯片已经开始专门针对像云计算、神经网络处理以及计算机视觉等特殊用途而设计了。这些专业的硬件将会被嵌入在云里,当需要使用到它们的时候,它们就会被唤起。让我们再来强调一次,以上这些都表明用户终端设备的原始性能已经开始变得越来越不重要了,因为繁重的工作正在转移到其他地方。

速度不是一切

但在实践中这些意味着什么呢?摩尔定律可从不是一个物理上的定律,它只是一个预言罢了——一个让科技行业与现实行动协调同步的计划。它的消亡将会使得技术的进步变得难以预测;新的性能增强技术可能突然而至,也有可能停滞不前。但考虑到大多数人都会根据实用性和功能而不是运行速度去评判一台设备,因此消费者不太会察觉到这种变化。

而对于大公司来说,摩尔定律的终结将会被云计算的崛起所掩盖。事实上,许多公司升级 PC 的频率都已经开始降低了,他们也不太经营自己的电子邮件服务器了。然而,所有的这些模式都依赖于快速并且稳定的网络连接,因此,这会增强对带宽和基础设施建设的需求,只有这样,那些孱弱的网络连接才能从具有强大计算能力的云服务数据中心获得尽可能多的利益。

而对于科技行业本身,摩尔定律的消退也能加强集中化云计算的逻辑,比如那些已经开始了行动的大公司:Amazon、Google、微软以及阿里巴巴。它们都在试图去提升他们自己云设施的表现性能,它们也都在搜寻具有新技术的创新公司,最好的例子莫过于在 2014 年被 Google 收购的 DeepMind 了。

在超过 50 年的时间里,晶体管的尺寸以肉眼无法察觉的速度变小,带来的却是更便宜、更高效的计算机。然而,随着摩尔定律逐渐退出历史舞台,这个过程也将会逐渐慢下来。但不变的是计算机和其他设备将会继续以不同而又多样化的方式变得更加强大。



文章头图来自 The Economist

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