從人機大賽看下一代計算 摩爾定律失效后怎麼辦

本文選自economist，機器之心編譯出品，參與：李亞洲、柒柒。

摩爾定律之后，可預見計算機硬件發展的時代已經結束。爾后，誰將接踵而至？

1971年，世界上跑得最快的汽車是法拉利代托納，時速高達280km/h(174m/h)；最高的建築是美國紐約的雙子塔，高達415m(1362英尺)。在這一年的十一月份，英特爾發布了世界上首個商業微處理器晶片——4004，包含2300個微晶體管，單個大小如同紅細胞。

從此，晶片的發展速度如同英特爾聯合創始人戈登·摩爾預測的那樣線性發展。根據他的經驗法則，也就是我們熟知的摩爾定律：大概每兩年，隨晶體管越來越小，在硅晶上的排布越加密集，計算機的處理能力將會翻一翻，性能更好，成本更低。現今，一個英特爾的 Skylake 處理器上約有17.5億個晶體管——大概50萬個這樣的晶體管的大小才相當於4004上的一個——全部運作起來傳送速度是當時的40萬倍。這樣的指數增長速度是很難和物質世界聯繫起來的。如果從1971年開始，汽車和摩天大樓也以此速度發展，如今最高的車速將會是光速的十分之一；最高的大樓距月球只有一半的距離。

摩爾定理的影響我們能切身感受到。如今全球有30億人隨身攜帶智能手機，而每個手機的處理能力都比20世紀80年代房屋大小的超級計算機強。無數的行業已經被數字化顛覆了。充足的計算能力甚至放緩了核彈測試，因為原子武器的的模擬爆炸測試要比真實測試方便的多。摩爾定律已經成為了一種文化隱喻：硅谷內外的人全都希望科技每年都能更進一步。

但如今，半個世紀之后，摩爾定律的結束已然可以看見。晶體管的微型化已經不能保證成本更低或速度更快。但這並不意味計算的進展會突然停止，只是發展的性質的發生了變化。晶片仍然會越做越好，但改善速度會慢一些(英特爾表示數值處理能力現在是平均每2.5年翻倍)。另外，計算的未來不僅由原始硬件性能決定，而將由其他三個領域的發展來定義。

第一個是軟件。本周一款能夠下圍棋的程序AlphaGo擊敗了人類最好的棋手之一李世，在韓國的5場比賽中贏得前兩場。圍棋因其複雜性一直吸引計算機學家：棋盤上，落子的可能性比宇宙中的粒子還多。所以，圍棋系統並不能簡單的依靠計算暴力(譯者注：計算暴力，computational brute force 指每秒算度兩億步棋和瞬間探索內含幾百萬個棋譜)去取勝。AlphaGo依靠深度學習技術，部分模擬人腦工作的模式。本次勝利表明了通過新算法能獲得更為強大的性能。的確，硬件的緩速發展將會大大刺激軟件的智能化研發。

發展的第二領域是“雲”，互聯網上提供服務的數據中心網絡。無論是PC機還是大型機，當計算機獨立運作時，它們的計算性能完全依靠處理晶片的速度。而如今，計算機在硬件性能沒改變的情況下變得更加強大。當處理郵件搜索或查詢最佳旅遊路線等工作時，它們能夠利用“雲”中龐大(且靈活)的數值處理資源。此外，還擁有了互聯的能力：智能手機的衛星定位功能、運動感應功能和無線支付功能都和處理器運行速度一樣重要。

第三個改進方面在於新的計算架構——為特定工作優化過的專用晶片，甚至其他領域的技術，比如同時利用量子機制的特異性來處理多個數據集。普通的微處理器發展如此之快，沒有什麼必要去追求這一類的方法，但晶片現在會被設計成針對雲計算、神經網絡處理、計算機視覺和其他任務等的形式。這樣的專業硬件會被嵌入進雲中，有需要時就進行調用。這再一次意味終端用戶的設備原始性能並沒有那麼重要，因為重要的任務在其他地方被完成了。

速度並非一切。

這在實際中意味什麼呢？摩爾定律從來不是物理定律，而是一種自我實現的預言——是中心規劃的勝利，通過這種規劃，技術行業能夠統籌同步其行為。它的結束會使技術發展速率變得更不可預測；在新的性能增強技術不時出現並開始運用之前，這條道路可能會十分坎坷。但考慮到大部分人在評判他們的計算設備時，主要考慮的是設備的能力和特性，而不是處理速度，所以對消費者來並不會感到明顯的減速。

對於公司來，摩爾定律的結束可能會被轉移至雲計算遮掩起來。現在公司更新電腦已經沒有那麼頻繁了，並且已經停止運營他們自己的e-mail服務了。然而這種模式取決於快速穩定的連結。這會增加頻寬基建改進的需求：計算能力逐漸在雲提供商的數據中心內部得以改進，那些信號較差的連結會更難以獲利。

對於技術行業本身，摩爾定律的消亡也會加強雲計算中心化的思維方式，而這些已經在一些大公司身上得到了驗證：亞馬遜、谷歌、微軟、阿里巴巴、百度和騰訊等等。他們非常努力的去改進他們的雲架構的性能。也在尋找進軍新領域的初創公司：谷歌在2014年收購了DeepMind，正是這家英國公司創建了Alpha Go，而Alpha Go剛剛在過去的兩天內連下兩局，擊敗了圍棋世界冠軍李世。

對於過去50多年，這種看似不可阻擋的晶體管變革使得計算機穩步降價，並且更有能力。隨摩爾定律失效，進展也許不再那麼有規律。但計算機和其他設備仍然會變得更強大——只是以不同的、更廣闊的方式變化。