最近Google 的深度學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī) AlphaGo（人稱阿爾法狗）以 4:1 戰(zhàn)勝人類最好的棋手之一李世石，人工智能成為大家口中的熱詞，深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被熱烈討論。但問題的另一面被忽視了：阿爾法狗其實(shí)是人類發(fā)現(xiàn)擁有的計(jì)算能力不足后，研究出的解決方案。

這種情況并不多見。

以往人們面對(duì)許多困難問題時(shí)，總有一個(gè)終極點(diǎn)子：暴力法（Brute Force Attack），反正有摩爾定律帶來的大量計(jì)算資源，那就用這個(gè)海量計(jì)算能力去碾壓眼前的問題吧。想做出一個(gè)能贏人類的國際象棋軟件？用機(jī)器來暴力窮舉所有可能的棋局，戰(zhàn)勝人類冠軍的「深藍(lán)」電腦不就是這么做出來的么。

現(xiàn)在，圍棋棋局的可能數(shù)量是 10 的 170 次方，這個(gè)數(shù)字甚至超過整個(gè)宇宙中原子的數(shù)量。這么夸張的復(fù)雜性，單憑暴力法已經(jīng)不可能解決問題，突然之間，計(jì)算能力成了人類的限制。

然而，有了 Google 的大量資金在深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法上，阿爾法狗的勝利意味著在現(xiàn)有計(jì)算資源掣肘的局面下，通過新的算法可以取得遠(yuǎn)超想象的成果。相比起來，暴力法散發(fā)著一種原始的氣息。

習(xí)慣了的科技進(jìn)步

過去的 10 年里，我們親身經(jīng)歷了一波科技浪潮，每一個(gè)人的生活方式都發(fā)生了巨變。

習(xí)慣了網(wǎng)購，習(xí)慣了薄如記事本的手提電腦，習(xí)慣了視網(wǎng)膜高清顯示屏，習(xí)慣了掏出手機(jī)進(jìn)行簡單操作，就能接到電話并條件反射般說出自己的地址就能有車來接，習(xí)慣了吃飯的時(shí)候刷一下朋友圈的爆款文章，還習(xí)慣了科技公司的新品發(fā)布會(huì)：從喬布斯開始到現(xiàn)在，沒開過個(gè)發(fā)布會(huì)都不好意思說自己是 CEO。

科技的劇烈發(fā)展似乎不像以往那樣刺激了，成為了一種理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑椋豪硭鶓?yīng)當(dāng)每年都會(huì)有更好的手機(jī)和電腦，理所應(yīng)當(dāng)新的手機(jī)和電腦都會(huì)更快速性能更好。例如最近的蘋果公司發(fā)布會(huì)，雖然無論公司還是產(chǎn)品依舊偉大，我們已經(jīng)沒了那份激動(dòng)。

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所以要是我們告訴你，過不了幾年，你的新手機(jī)和電腦的性能可能也不會(huì)變得比現(xiàn)在好多少了，你會(huì)怎么想？并不是在夸大。再過一陣，全球半導(dǎo)體行業(yè)將正式宣布，摩爾定律很快就要結(jié)束它的生命和使命，成為歷史的一部分。

摩爾定律跟我有什么關(guān)系？

摩爾定律是許多初次了解科技行業(yè)的人最先接觸的概念。1965年，英特爾公司的創(chuàng)始人之一高登摩爾（Gordon Moore）在文章中預(yù)測(cè)：集成電路上的晶體管數(shù)量每一年就會(huì)翻一倍。很快這個(gè)預(yù)測(cè)被大家稱為「摩爾定律」。

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你能用自己的電腦和手機(jī)看小視頻，上網(wǎng)，做 PPT，算財(cái)務(wù)模型，叫車叫外賣，約這個(gè)約那個(gè)，電腦和手機(jī)都在一刻不停地幫你做運(yùn)算。這些運(yùn)算的核心由設(shè)備的微處理器（Microprocessor）搞定，也常被叫做中央處理器（CPU）。它締造了現(xiàn)代人的幸福生活。

微處理器是集成電路（Integrated Circuits）的一種，顧名思義，是「把一堆電路集成到一小塊薄片上」。這塊薄片上鋪了大把大把的電路開關(guān)，用來執(zhí)行電腦最基本的邏輯：開或關(guān)，1或0。這些電路開關(guān)是所有現(xiàn)代智能設(shè)備的最基礎(chǔ)的組成部分，他們還有個(gè)名字，叫做晶體管（Transistors）。

制作微處理器和晶體管需要的最基本材料是半導(dǎo)體，最常用的最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的半導(dǎo)體就是硅。所以，微處理器、晶體管和硅是所有現(xiàn)代生活的發(fā)源和基石。所以，全球科技中心才會(huì)叫做硅谷而不是鈦谷鋁谷。

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摩爾本人后來將芯片升級(jí)的周期修訂為 2 年。1971 年，英特爾發(fā)布第一塊商用微處理器 4004。它包涵了 2300 個(gè)晶體管，每個(gè)晶體管大約為人體紅細(xì)胞的大小。從那時(shí)候開始，依照修訂后的摩爾定律，集成電路上的晶體管數(shù)量每 2 年左右翻一倍。隨后的 40 年，摩爾定律成了科技進(jìn)步的核心推動(dòng)力。一年一度晶體管數(shù)量的翻倍引起處理器運(yùn)行速度的翻倍，進(jìn)而帶來硬件設(shè)備性能的翻倍和成本的縮減，進(jìn)而為更加強(qiáng)大的軟件、系統(tǒng)以及計(jì)算提供了可能。

今天，全世界已有 30 億人使用智能手機(jī)。你手中的 iPhone 的計(jì)算處理能力甚至強(qiáng)于當(dāng)年 NASA 登月計(jì)劃的主計(jì)算機(jī)。（No offense, Android users.）

過去的 40 年幾乎所有行業(yè)都被技術(shù)改造，源頭是摩爾定律引發(fā)的計(jì)算能力大爆炸。就連測(cè)試核彈爆炸的次數(shù)都減少了：因?yàn)槿藗兛梢岳镁蘖康挠?jì)算能力，在電腦上進(jìn)行逼真的爆炸模擬。

今天，我們?cè)跐撘庾R(shí)中認(rèn)為每年一次的手機(jī)升級(jí)和產(chǎn)品發(fā)布是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?。是摩爾定律讓我們有了這種近乎虛妄的感覺。

摩爾定律不是個(gè)定律

然而摩爾定律并不是個(gè)定律，它和「牛頓三定律」這種完全不是一回事。50年來，它的成立并不是由于物理上的局限，而是整個(gè)芯片行業(yè)的刻意選擇和協(xié)商。

一直以來，新一代處理器出來后，開發(fā)者程序員們搞出新的軟件，這些軟件更充分地利用新設(shè)備的性能，也毫無保留地耗盡了這些性能。很快消費(fèi)者發(fā)現(xiàn)自己的電腦和手機(jī)卡了。于是英特爾們接著努力，搞出新一代的處理器。

從 1990 年起，每隔 2 年，全球半導(dǎo)體行業(yè)會(huì)發(fā)布一個(gè)計(jì)劃，他們自己把這個(gè)叫做路線圖 Roadmap。每個(gè)文件的大意是說：「未來三年我們還跟之前的幾十年一樣，按照摩爾定律走，具體來說是 blah blah blah。希望大家都自律?！咕瓦@樣，幾十年來，全球芯片行業(yè)所有生產(chǎn)商和供應(yīng)商聯(lián)合起來，跟著摩爾定律走，這是在其他任何行業(yè)中都不曾見到的情景。

走到盡頭的摩爾定律

事情出現(xiàn)了變化。半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)宣布，即將面世的行業(yè)路線圖不會(huì)再依照摩爾定律。這意味著行業(yè)正式公開承認(rèn)，摩爾定律很快就要結(jié)束了。

原因？原因是物理，就像是到一定程度就無法再薄的攝像頭一樣，是早已注定的結(jié)局。我們把這個(gè)叫做物理邊界，有 3 個(gè)問題：尺寸，散熱，成本。

尺寸

人類對(duì)尺度的理解能力是極弱的。例如，摩爾定律說芯片上的晶體管數(shù)量每兩年翻一番，這是什么概念？大多數(shù)人無法從直覺上體會(huì)到。

舉個(gè)例子。1965 年的某一天，小明下決心按照摩爾定律的指引跑步。那么他面臨的情況是這樣的：

兩年之內(nèi)，他每天只跑一個(gè)小型游泳池的長度：

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兩年后，他跑步的距離翻倍：

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10 年后：

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26 年后：

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50 年后（也就是 2015 年）：

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1971年，微處理器上每個(gè)晶體管的造價(jià)是 150 美元，2015 年的價(jià)格為 0.0003 美元。1971 年的每個(gè)芯片上有 2300 個(gè)晶體管，2015 年有 13 億個(gè)。早期的晶體管將近有一個(gè)手掌大，如今最先進(jìn)的英特爾芯片制造工藝中，晶體管的尺寸是14納米：

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實(shí)際上，14 納米這個(gè)尺寸已經(jīng)不是你找一個(gè)好的顯微鏡就能用肉眼觀察到了。甚至可以說 14 納米的晶體管是不可見的，因?yàn)檫@個(gè)尺寸已經(jīng)小于可見光的波長。

如果摩爾定律繼續(xù)生效，下一步會(huì)是什么尺寸？可能 10 納米。如果英特爾要玩命，也許最終會(huì)達(dá)到 2 納米，也就是 10 個(gè)原子并排放的寬度。

到了這個(gè)尺寸，人類芯片制造行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)不再適用了。這個(gè)尺寸屬于量子物理的世界，這個(gè)世界有人類無法控制的不確定性，有上帝投出的骰子，還有薛定諤那只不死不活的貓。

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散熱

尺寸小帶來的另一個(gè)問題是散熱。一位業(yè)內(nèi)人士說：「曾經(jīng)有一段時(shí)間日子超美好，那時(shí)候只要我們把尺寸縮小，好事兒自然來：芯片的計(jì)算能力會(huì)提升，能耗也會(huì)降低」。然而在 2000 年左右，晶體管尺寸縮減到 90 納米（一根頭發(fā)寬度的百分之一）的時(shí)候，芯片開始出現(xiàn)過熱的狀況，熟悉行業(yè)的人已經(jīng)知道摩爾定律大勢(shì)已去了。

為了解決過熱的問題，芯片制造商采用了兩個(gè)辦法：

限制微處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令的速度（Clock Speed），從而限制了芯片中電子的速度；
將集成電路分成多個(gè)核，這樣降低每一個(gè)核的功率和發(fā)熱。（所以其實(shí)你就沒想過，為什么最近幾年來聽到這么多「4 核」「8 核」這種莫名其妙又不明覺厲的描述？）

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這兩個(gè)方法非常成功，至少摩爾定律沒有在 15 年前就失效。現(xiàn)在，行業(yè)的普遍預(yù)計(jì)是，摩爾定律會(huì)在 2020 年左右結(jié)束。

成本

第三個(gè)問題是成本。芯片尺寸越小，晶體管越多，對(duì)于制造商來說，成本就越高。如今，依照摩爾定律的芯片升級(jí)每發(fā)生一回，整個(gè)生產(chǎn)線，包括所有配套設(shè)施，光刻儀器，全部都要翻新。今天一個(gè)尖端芯片工廠的造價(jià)大約為 70 億美元，業(yè)內(nèi)估計(jì)當(dāng)芯片尺寸到 5 納米時(shí)，工廠的造價(jià)為 160 億美元，幾乎是英特爾年收入的三分之一。

如果翻新的成本高于可能的收益，傳統(tǒng)的微處理器升級(jí)就停滯了。從經(jīng)濟(jì)角度看，摩爾定律已經(jīng)結(jié)束了。

摩爾定律失效意味著什么

摩爾定律失效，影響的絕不僅僅是芯片生產(chǎn)廠商，還包括其他所有在過去幾十年內(nèi)被科技潛移默化影響的行業(yè)，以及所有享受到科技便利的普通人。所有對(duì)未來有遠(yuǎn)大暢想的人，無論考慮的是人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)還是無人駕駛汽車，都要考慮這個(gè)問題。

Peter Thiel 有句名言說「我們多年前暢想的是會(huì)飛的汽車，但我們今天卻只擁有讓你輸入 140 個(gè)字的輸入框」。言下之意是我們期待的是足以影響現(xiàn)實(shí)生活的深層技術(shù)進(jìn)步，但獲得的卻是一點(diǎn)線上的娛樂生活方式。

公平地說，雖然我們沒有看到 Peter Thiel 呼吁的那個(gè)層次的科技進(jìn)步，現(xiàn)實(shí)生活還是獲得了極大改善，今天我們已經(jīng)不能想象一個(gè)沒有科技支撐的生活方式了。

有趣的是，雖然科技的飛速進(jìn)步的原始驅(qū)動(dòng)力是摩爾定律，但更加吸引人注意的是軟件行業(yè)。

Peter Thiel 認(rèn)為「140 字輸入框」屬于比特的進(jìn)步，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，而「會(huì)飛的汽車」是原子的進(jìn)步，也就是人們對(duì)現(xiàn)實(shí)物理世界的駕馭。他認(rèn)為我們已經(jīng)看夠了互聯(lián)網(wǎng)和軟件的顛覆性，人們需要把一部分力量用在改善現(xiàn)實(shí)世界中。這是他自己的堅(jiān)持，也是他做成如此多成功投資的重要原因：

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有趣的是，所謂比特的進(jìn)步，說到底卻是由摩爾定律推動(dòng)的，后者仍然是原子的進(jìn)步，但人們往往忽略這一點(diǎn)，將目光集中在互聯(lián)網(wǎng)上。美國的科技圈對(duì)這一點(diǎn)更加先知先覺。尤其在最近五年來，中美兩國科技圈對(duì)同一事物的不同稱呼，能夠清楚反映這一點(diǎn)：在國內(nèi)，人們更多會(huì)去談「互聯(lián)網(wǎng)」，而不是「科技」。國內(nèi)說「互聯(lián)網(wǎng)金融」，美國說「科技金融（Fin-tech）」，國內(nèi)說「O2O（Online-to-offline）」，美國說「按需經(jīng)濟(jì)（On-demand Economy）」。

現(xiàn)在，我們總結(jié)出 3 個(gè)目前科技行業(yè)認(rèn)同的解決辦法

這些辦法也是未來行業(yè)發(fā)展最重要的 3 個(gè)趨勢(shì)。

1、軟件行業(yè)的革新

暴力法的盛行其實(shí)是一種奢侈。就跟「何不食肉糜」一樣，何不用暴力計(jì)算去碾壓問題呢？反正有摩爾定律在，不愁機(jī)器性能不夠，而且用不了多久更加強(qiáng)大的設(shè)備又要出現(xiàn)。這是摩爾定律帶來負(fù)面心態(tài)，也造成了軟件開發(fā)的浪費(fèi)和低效。在經(jīng)濟(jì)上這很劃算，雖然我的代碼實(shí)現(xiàn)很糟糕，但沒關(guān)系，可以湊合著用啊，過兩年有了新設(shè)備就好辦了。

長期來說這不是好事。因?yàn)檫@樣看技術(shù)的進(jìn)步更多是摩爾定律帶來的更強(qiáng)計(jì)算能力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)帶寬，軟件和算法則相對(duì)滯后。

摩爾定律的終結(jié)意味著我們可以迎來軟件行業(yè)的新時(shí)代。更多的資金和腦力會(huì)被用在像阿爾法狗這樣的東西上。有了資源投入，我們很快會(huì)迎來更高效的編程語言、編譯系統(tǒng)和應(yīng)用設(shè)計(jì)。

我們預(yù)計(jì)軟件行業(yè)會(huì)真正迎來它的成熟時(shí)期，工程師將更加關(guān)注代碼的效率，以及如何更加聰明地利用現(xiàn)有資源做出不可思議的東西出來，例如阿爾法狗。

2、云計(jì)算

云計(jì)算這個(gè)詞似乎都被人說爛了。但在摩爾定律即將失效時(shí)，它不再是一個(gè)概念，而是一種必然。越來越多的活動(dòng)發(fā)生在移動(dòng)端：手機(jī)、平板、智能手表和其他智能硬件，不僅要求設(shè)備更薄，芯片更加微小，而且要求移動(dòng)設(shè)備不發(fā)熱、低能耗、省電。

同時(shí)，以前的「電腦」是獨(dú)立設(shè)備，所有計(jì)算能力都存在你的主機(jī)里面。軟件好不好用還要看你的電腦性能有多少盡量。現(xiàn)在移動(dòng)設(shè)備劇增，越來越多的計(jì)算能力被轉(zhuǎn)移到云端。云計(jì)算曾經(jīng)是一個(gè)流行語，現(xiàn)在卻同時(shí)是科技行業(yè)不得不做的一件事情。

于是芯片廠商需要考慮的人分成了兩部分：一方面是普通的消費(fèi)者和他們?cè)絹碓蕉嗟囊苿?dòng)設(shè)備，再過一段時(shí)間，這一部分設(shè)備自身的計(jì)算性能很可能不會(huì)大幅提升了，但通過為需求和應(yīng)用設(shè)計(jì)的芯片，可能會(huì)更加便攜、省電、易用。另一方面是云計(jì)算的提供商，亞馬遜 Google 微軟們，他們不用考慮太多移動(dòng)端的問題。對(duì)芯片廠商來說，這部分用戶的占比會(huì)越來越大，也會(huì)越來越受重視。

總而言之，未來幾年過了某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)后，作為個(gè)人用戶，你的所有需求都可以通過「設(shè)備 + 云端計(jì)算」這樣的模式滿足。你的隨身設(shè)備自身的性能不會(huì)更強(qiáng)，除非你愿意接受更大的設(shè)備。

3、新硬件技術(shù)

也可以純粹從硬件找出路。有這么幾種可能性：

新的芯片架構(gòu)

全球半導(dǎo)體行業(yè)目前的新策略是，他們?nèi)虊蛄?，不打算像以前那樣從摩爾定律出發(fā)搞些新的芯片出來，然后陷入那個(gè)被新軟件剝削資源，然后被消費(fèi)者罵，然后推出新芯片這個(gè)舊循環(huán)。

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相反，他們會(huì)從應(yīng)用出發(fā)，考慮手機(jī)、電腦以及各種數(shù)據(jù)中心的需求，然后向底層延伸，最終確定需要什么樣的芯片來滿足這些需求。所以會(huì)有越來越多具備特定功能的芯片，例如專門用作神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、圖像識(shí)別、云計(jì)算，或者預(yù)先內(nèi)置各種消費(fèi)端需求，比如高通的系統(tǒng)芯片（System on a Chip）。

材料科學(xué)

有許多備選，例如矽鍺合金（SiGe）和砷化銦鎵（InGaAs），或者設(shè)計(jì)全新的芯片結(jié)構(gòu)，例如納米管、生物分子、自旋電子芯片。目前來看，難度都很大。

量子計(jì)算機(jī)

當(dāng)然并不是沒有其它的選擇。剛才提到的晶體管最終縮小到2納米后，主宰機(jī)器性能的將是量子物理。Google 搞的量子計(jì)算機(jī) D-Wave 就是想以此為出發(fā)點(diǎn)找到全新的范式。到目前為止，無論多么高精尖的人類計(jì)算機(jī)，基本原件都是晶體管，相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，有兩種狀態(tài)：1 和 0，或者開和關(guān)。而量子計(jì)算機(jī)的晶體管卻有3種狀態(tài)，0、1 以及「同時(shí)是 0 和 1」，或者說，開、關(guān)以及「同時(shí)是開和關(guān)」。

這個(gè)「同時(shí)是開和關(guān)」的狀態(tài)是量子物理的態(tài)疊加原理（Superposition）。上面提到半死不活的貓就是薛定諤本人所講的例子。顯然，有了疊加態(tài)（以及量子糾纏），運(yùn)算能力會(huì)遠(yuǎn)超普通計(jì)算機(jī)，前提是 Google 開發(fā)出有實(shí)用性的量子計(jì)算機(jī)。

過去 50 年科技的穩(wěn)定進(jìn)步很美妙，當(dāng)定律失效時(shí)，未來似乎顯得有些黯淡。我們認(rèn)為摩爾定律即將失效不意味著科技進(jìn)步的停滯，而意味著變化本身的性質(zhì)發(fā)生改變。再也沒有一個(gè)「定律」去指引大家按部就班地升級(jí)。這種確定性正在被逐漸消除，這迫使人們追尋新的思路和手段。下一個(gè)爆發(fā)性的變化可能會(huì)發(fā)生在其他任何地方。未來有很多挑戰(zhàn)，但也會(huì)更有趣。

所以，摩爾定律的終結(jié)不是進(jìn)步的終結(jié)。言下之意是，我并沒有說你沒辦法買到更好的手機(jī)了。

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