2013年2月4日,星期一

棋盘拼图,摩尔定律和增长前景

我的数学家父亲第一次向我提出这个棋盘谜题是在上小学的时候,可能是某个下雨天的星期六。他的故事是这样的:

杰斯特表演了一个伟​​大的契约,国王问他如何获得奖励。杰斯特意识到国王是一个高度挥发的人,如果詹斯特要求太多,国王可能只是杀死他。杰斯特还知道国王认为他的承诺是神圣的,所以如果国王对杰斯特的提议说“是”,那么国王就会尊重承诺。所以在某种程度上,杰斯特的问题是如何要求很多,但是有国王至少最初认为这不是很多,所以国王会赋予他的同意。

于是小丑绕了一会儿,然后说:“这就是我想要的。把这个棋盘。在第一个方格上放一块金子。在第二个方格上,两块。第三块方格上有4块,第四块方格上有8块。每个方格的数量翻倍,直到你到达棋盘的尽头。”

在故事中,国王嘲笑这种漫画建议并说:“你的伟大契约是如此美妙,我会幸福地做得很多!我授予你的要求!”

但是当然,当国王开始从国库中取出金币时,他会发现2的63次方,在棋盘上的最后一个位置需要9的10次方个金币(也就是9后面跟着18个0)。

从那以后,我对指数增长的力量有了一些感觉。但我没有想到的是摩尔定律和经济增长之间的相互作用。摩尔定律是以英特尔公司创始人之一戈登·摩尔的名字命名的,他在1965年发现了这一规律。早在20世纪70年代,他就写过一篇论文,论文中包含如下图表,显示了生产含有一定数量组件的计算机芯片的成本。这是他的图。请注意,横轴上的组件数量和纵轴上的成本数字都用对数表示(具体来说,轴上的每一步都是10倍的变化)。关键的结论是集成电路上的晶体管(“组件”)的数量大约每两年翻一番,使计算能力更便宜、更快。
这张图表来自英特尔联合创始人戈登·摩尔1965年的开创性论文,它显示,晶体管的成本随着新的制造工艺而降低,即使芯片上的晶体管数量增加了。

自从我在20世纪80年代初开始研读摩尔定律以来,业界媒体就一直预言,它将很快达到技术极限,并走向终结。但摩尔定律仍在前进:事实上,针对英特尔和其他芯片制造商的研究和创新目标的定义,就是确保摩尔定律至少在一段时间内继续适用。2012年10月15日,Stephen Shankland在CNET上发表了一篇文章,对当前的情况进行了很好的概述:“摩尔定律:科技界真正重要的法则”(上面戈登·摩尔的图表是抄袭尚克兰的文章。)

正如Shankland写道:“要跟上摩尔定律,工程师必须继续缩小晶体管的大小。竞赛领导者目前使用具有22纳米特征的制造过程。这是22亿米,或大致4,000人的头发的宽度。“他引用了各种行业和研究专家来实现摩尔法至少还有十年来奔跑的效果 - 并记住,每两年加倍的十年就意味着更多的副驾驶!

很难说在未来的10年里,微芯片技术的威力将增加32倍(翻了5倍)。这是一篇非常有趣的调查文章发表在1月10日的英国《金融时报》上经济学家未来的创新用棋盘的类比来思考摩尔定律的潜在影响。以下是《经济学人》的评论:

Ray Kurzweil,一位计算机科学的先驱和指数技术推断的奉献者,喜欢谈论“棋盘的下半部分”。有一个古老的寓言,其中一个丑陋的国王被欺骗了米粒的义务,一个在棋盘的第一个平方上,第二个,第三个,四个,每张广场都会加倍。沿着第一排,义务是微量的。随着棋盘的一半,国王只有100吨米饭。但是在达到第七排结束之前的广场,他已经制定了500米吨的全球每年的大米生产。他必须在下一场广场上再次更少或多或少。还有一排可以去。

Erik Brynjolfsson和Andrew McAfee的麻省理工学院利用了他们的电子书“反对机器的比赛”。通过称为摩尔定律的措施,能够在每18个月内从一块硅中的计算加倍。这种增长率不会持续;但是计算的其他方面,例如处理数据的算法的容量,也是指数增长的。当这种容量低时,加倍无关紧要。但是,它一点问题一点,它可以很快开始重要。在棋盘的下半场不仅具有创新的累积效应变大,而且每次新的创新迭代都可以像以前的所有轮换一样强大的技术震撼。“

现在,当然,计算机芯片的容量加倍并不能直接翻译成更高的生活水平:从另一个到另一个阶段都有很多步骤。但我的观点在这里要注意到我们许多人(我所包括)一直在考虑电子技术的变化,就像棋盘故事的国王一样:也就是说,我们想到了几次加倍的东西,甚至10次或者20次,我们知道这是一个很大的变化,但它似乎在我们的理解范围内。

但是,半个世纪以来,每18个月或每两年就会增加一倍——而且还在继续增加!——每增加一倍的绝对规模开始变得非常大。我缺乏想象力,无法想象在医疗保健、教育、工业流程、通信、交通、娱乐、食品、旅游、设计等领域,这些廉价的计算能力会带来什么。但我怀疑,随着摩尔定律在未来10年的推进,这些巨大的重复加倍将推动计算速度的提高和价格的下降,将以我们刚刚开始想象的方式改变生活和行业。