阿爾法狗與 iPhone 6

　　2014 年 9 月，蘋果發布新手機 iPhone 6。全球手機用戶都準備好了鈔票和腎。

　　然而在 iPhone 6 現身後，許多人一眼瞄到的是那個凸起的攝像頭：

　　有人感到很惱火：這是什麼玩意兒？我不能接受那一塊凸起的攝像頭。喬布斯要是還在，絕不會允許這種情況出現。

　　為了更好的手感，蘋果把 iPhone 6 做得非常薄，再搞個圓弧形的屏幕和機身邊緣。至于手機是不是容易滑倒馬桶裡，他們才不在乎。但把手機做得更薄是一件難事，把攝像頭做扁更難。突出的攝像頭有複雜的電子原件：

　　為了手感和外觀可以做薄手機，但相機的成像原件需要一定的空間，否則照片的質量無法保證。于是，蘋果這家極度重視用戶體驗的公司做了這個突兀的攝像頭，讓無數的處女座和完美主義者茶飯不思。你想要不突出的攝像頭？去買個厚一點的手機吧。

　　其實還是有辦法的。比如優化鏡頭的光學結構，或者使用折射率更高的鏡片，理論上都能夠把攝像頭做得更扁。但能扁到什麼程度？最終總會到達一個極限值。

　　2014 年突出的攝像頭是風向變化的開始。2016 年，我們已經在新的風口。

　　最近Google 的深度學習計算機 AlphaGo（人稱阿爾法狗）以 4:1 戰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，深度學習和神經網絡被熱烈讨論。但問題的另一面被忽視了：阿爾法狗其實是人類發現擁有的計算能力不足後，研究出的解決方案。

　　這種情況并不多見。

　　以往人們面對許多困難問題時，總有一個終極點子：暴力法（Brute Force Attack），反正有摩爾定律帶來的大量計算資源，那就用這個海量計算能力去碾壓眼前的問題吧。想做出一個能赢人類的國際象棋軟件？用機器來暴力窮舉所有可能的棋局，戰勝人類冠軍的「深藍」電腦不就是這麼做出來的麼。

　　現在，圍棋棋局的可能數量是 10 的 170 次方，這個數字甚至超過整個宇宙中原子的數量。這麼誇張的複雜性，單憑暴力法已經不可能解決問題，突然之間，計算能力成了人類的限制。

　　然而，有了 Google 的大量資金在深度學習和神經網絡算法上，阿爾法狗的勝利意味着在現有計算資源掣肘的局面下，通過新的算法可以取得遠超想象的成果。相比起來，暴力法散發着一種原始的氣息。

　　習慣了的科技進步

　　過去的 10 年裡，我們親身經曆了一波科技浪潮，每一個人的生活方式都發生了巨變。

　　習慣了網購，習慣了薄如記事本的手提電腦，習慣了視網膜高清顯示屏，習慣了掏出手機進行簡單操作，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，習慣了吃飯的時候刷一下朋友圈的爆款文章，還習慣了科技公司的新品發布會：從喬布斯開始到現在，沒開過個發布會都不好意思說自己是 CEO。

　　科技的劇烈發展似乎不像以往那樣刺激了，成為了一種理所應當的事情：理所應當每年都會有更好的手機和電腦，理所應當新的手機和電腦都會更快速性能更好。例如最近的蘋果公司發布會，雖然無論公司還是産品依舊偉大，我們已經沒了那份激動。

　　所以要是我們告訴你，過不了幾年，你的新手機和電腦的性能可能也不會變得比現在好多少了，你會怎麼想？

　　并不是在誇大。再過一陣，全球半導體行業将正式宣布，摩爾定律很快就要結束它的生命和使命，成為曆史的一部分。

　　摩爾定律跟我有什麼關系？

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

　　你能用自己的電腦和手機看小視頻，上網，做 PPT，算财務模型，叫車叫外賣，約這個約那個，電腦和手機都在一刻不停地幫你做運算。這些運算的核心由設備的微處理器（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，用來執行電腦最基本的邏輯：開或關，1或0。這些電路開關是所有現代智能設備的最基礎的組成部分，他們還有個名字，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體，最常用的最經濟實惠的半導體就是矽。所以，微處理器、晶體管和矽是所有現代生活的發源和基石。所以，全球科技中心才會叫做矽谷而不是钛谷鋁谷。

　　摩爾本人後來将芯片升級的周期修訂為 2 年。1971 年，英特爾發布第一塊商用微處理器 4004。它包涵了 2300 個晶體管，每個晶體管大約為人體紅細胞的大小。從那時候開始，依照修訂後的摩爾定律，集成電路上的晶體管數量每 2 年左右翻一倍。随後的 40 年，摩爾定律成了科技進步的核心推動力。一年一度晶體管數量的翻倍引起處理器運行速度的翻倍，進而帶來硬件設備性能的翻倍和成本的縮減，進而為更加強大的軟件、系統以及計算提供了可能。

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

　　過去的 40 年幾乎所有行業都被技術改造，源頭是摩爾定律引發的計算能力大爆炸。就連測試核彈爆炸的次數都減少了：因為人們可以利用巨量的計算能力，在電腦上進行逼真的爆炸模拟。

　　今天，我們在潛意識中認為每年一次的手機升級和産品發布是理所應當的。是摩爾定律讓我們有了這種近乎虛妄的感覺。

　　摩爾定律不是個定律

　　然而摩爾定律并不是個定律，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，而是整個芯片行業的刻意選擇和協商。

　　一直以來，新一代處理器出來後，開發者程序員們搞出新的軟件，這些軟件更充分地利用新設備的性能，也毫無保留地耗盡了這些性能。很快消費者發現自己的電腦和手機卡了。于是英特爾們接着努力，搞出新一代的處理器。

　　從 1990 年起，每隔 2 年，全球半導體行業會發布一個計劃，他們自己把這個叫做路線圖 Roadmap。每個文件的大意是說：「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。」就這樣，幾十年來，全球芯片行業所有生産商和供應商聯合起來，跟着摩爾定律走，這是在其他任何行業中都不曾見到的情景。

　　走到盡頭的摩爾定律

　　事情出現了變化。半導體行業已經宣布，即将面世的行業路線圖不會再依照摩爾定律。這意味着行業正式公開承認，摩爾定律很快就要結束了。

　　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，是早已注定的結局。我們把這個叫做物理邊界，有 3 個問題：尺寸，散熱，成本。

　　尺寸

　　人類對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量每兩年翻一番，這是什麼概念？大多數人無法從直覺上體會到。

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

　　兩年之内，他每天隻跑一個小型遊泳池的長度：

　　兩年後，他跑步的距離翻倍：

　　10 年後：

　　26 年後：

　　50 年後（也就是 2015 年）：

　　1971年，微處理器上每個晶體管的造價是 150 美元，2015 年的價格為 0.0003 美元。1971 年的每個芯片上有 2300 個晶體管，2015 年有 13 億個。早期的晶體管将近有一個手掌大，如今最先進的英特爾芯片制造工藝中，晶體管的尺寸是14納米：

　　實際上，14 納米這個尺寸已經不是你找一個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，因為這個尺寸已經小于可見光的波長。

　　如果摩爾定律繼續生效，下一步會是什麼尺寸？可能 10 納米。如果英特爾要玩命，也許最終會達到 2 納米，也就是 10 個原子并排放的寬度。

　　到了這個尺寸，人類芯片制造行業的經驗已經不再适用了。這個尺寸屬于量子物理的世界，這個世界有人類無法控制的不确定性，有上帝投出的骰子，還有薛定谔那隻不死不活的貓。

　　（這張圖看不懂歡迎留言啊：））

　　散熱

　　尺寸小帶來的另一個問題是散熱。一位業内人士說：「曾經有一段時間日子超美好，那時候隻要我們把尺寸縮小，好事兒自然來：芯片的計算能力會提升，能耗也會降低」。然而在 2000 年左右，晶體管尺寸縮減到 90 納米（一根頭發寬度的百分之一）的時候，芯片開始出現過熱的狀況，熟悉行業的人已經知道摩爾定律大勢已去了。

　　為了解決過熱的問題，芯片制造商采用了兩個辦法：

　　限制微處理器執行計算機指令的速度（Clock Speed），從而限制了芯片中電子的速度；

　　将集成電路分成多個核，這樣降低每一個核的功率和發熱。（所以其實你就沒想過，為什麼最近幾年來聽到這麼多「4 核」「8 核」這種莫名其妙又不明覺厲的描述？）

　　這兩個方法非常成功，至少摩爾定律沒有在 15 年前就失效。現在，行業的普遍預計是，摩爾定律會在 2020 年左右結束。

　　成本

　　第三個問題是成本。芯片尺寸越小，晶體管越多，對于制造商來說，成本就越高。如今，依照摩爾定律的芯片升級每發生一回，整個生産線，包括所有配套設施，光刻儀器，全部都要翻新。今天一個尖端芯片工廠的造價大約為 70 億美元，業内估計當芯片尺寸到 5 納米時，工廠的造價為 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，傳統的微處理器升級就停滞了。從經濟角度看，摩爾定律已經結束了。

　　摩爾定律失效意味着什麼

　　摩爾定律失效，影響的絕不僅僅是芯片生産廠商，還包括其他所有在過去幾十年内被科技潛移默化影響的行業，以及所有享受到科技便利的普通人。所有對未來有遠大暢想的人，無論考慮的是人工智能、增強現實還是無人駕駛汽車，都要考慮這個問題。

　　Peter Thiel 有句名言說「我們多年前暢想的是會飛的汽車，但我們今天卻隻擁有讓你輸入 140 個字的輸入框」。言下之意是我們期待的是足以影響現實生活的深層技術進步，但獲得的卻是一點線上的娛樂生活方式。

　　公平地說，雖然我們沒有看到 Peter Thiel 呼籲的那個層次的科技進步，現實生活還是獲得了極大改善，今天我們已經不能想象一個沒有科技支撐的生活方式了。

　　有趣的是，雖然科技的飛速進步的原始驅動力是摩爾定律，但更加吸引人注意的是軟件行業。

　　Peter Thiel 認為「140 字輸入框」屬于比特的進步，是互聯網技術的進步，而「會飛的汽車」是原子的進步，也就是人們對現實物理世界的駕馭。他認為我們已經看夠了互聯網和軟件的颠覆性，人們需要把一部分力量用在改善現實世界中。這是他自己的堅持，也是他做成如此多成功投資的重要原因：

　　有趣的是，所謂比特的進步，說到底卻是由摩爾定律推動的，後者仍然是原子的進步，但人們往往忽略這一點，将目光集中在互聯網上。美國的科技圈對這一點更加先知先覺。尤其在最近五年來，中美兩國科技圈對同一事物的不同稱呼，能夠清楚反映這一點：在國内，人們更多會去談「互聯網」，而不是「科技」。國内說「互聯網金融」，美國說「科技金融（Fin-tech）」，國内說「O2O（Online-to-offline）」，美國說「按需經濟（On-demand Economy）」。

　　現在，我們總結出 3 個目前科技行業認同的解決辦法。這些辦法也是未來行業發展最重要的 3 個趨勢。

　　軟件行業的革新

　　暴力法的盛行其實是一種奢侈。就跟「何不食肉糜」一樣，何不用暴力計算去碾壓問題呢？反正有摩爾定律在，不愁機器性能不夠，而且用不了多久更加強大的設備又要出現。這是摩爾定律帶來負面心态，也造成了軟件開發的浪費和低效。在經濟上這很劃算，雖然我的代碼實現很糟糕，但沒關系，可以湊合着用啊，過兩年有了新設備就好辦了。

　　長期來說這不是好事。因為這樣看技術的進步更多是摩爾定律帶來的更強計算能力、數據存儲技術和網絡帶寬，軟件和算法則相對滞後。

　　摩爾定律的終結意味着我們可以迎來軟件行業的新時代。更多的資金和腦力會被用在像阿爾法狗這樣的東西上。有了資源投入，我們很快會迎來更高效的編程語言、編譯系統和應用設計。

　　我們預計軟件行業會真正迎來它的成熟時期，工程師将更加關注代碼的效率，以及如何更加聰明地利用現有資源做出不可思議的東西出來，例如阿爾法狗。

　　雲計算

　　雲計算這個詞似乎都被人說爛了。但在摩爾定律即将失效時，它不再是一個概念，而是一種必然（回複本公衆号「計算」查看我們的文章《下一代運算是什麼樣的？》）。越來越多的活動發生在移動端：手機、平闆、智能手表和其他智能硬件，不僅要求設備更薄，芯片更加微小，而且要求移動設備不發熱、低能耗、省電。

　　同時，以前的「電腦」是獨立設備，所有計算能力都存在你的主機裡面。軟件好不好用還要看你的電腦性能有多少盡量。現在移動設備劇增，越來越多的計算能力被轉移到雲端。雲計算曾經是一個流行語，現在卻同時是科技行業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者和他們越來越多的移動設備，再過一段時間，這一部分設備自身的計算性能很可能不會大幅提升了，但通過為需求和應用設計的芯片，可能會更加便攜、省電、易用。另一方面是雲計算的提供商，亞馬遜 Google 微軟們，他們不用考慮太多移動端的問題。對芯片廠商來說，這部分用戶的占比會越來越大，也會越來越受重視。

　　總而言之，未來幾年過了某一個時間點後，作為個人用戶，你的所有需求都可以通過「設備 雲端計算」這樣的模式滿足。你的随身設備自身的性能不會更強，除非你願意接受更大的設備。

　　新硬件技術

　　也可以純粹從硬件找出路。有這麼幾種可能性：

　　新的芯片架構

　　全球半導體行業目前的新策略是，他們忍夠了，不打算像以前那樣從摩爾定律出發搞些新的芯片出來，然後陷入那個被新軟件剝削資源，然後被消費者罵，然後推出新芯片這個舊循環。

　　相反，他們會從應用出發，考慮手機、電腦以及各種數據中心的需求，然後向底層延伸，最終确定需要什麼樣的芯片來滿足這些需求。所以會有越來越多具備特定功能的芯片，例如專門用作神經網絡計算、圖像識别、雲計算，或者預先内置各種消費端需求，比如高通的系統芯片（System on a Chip）。

　　材料科學

　　有許多備選，例如矽鍺合金（SiGe）和砷化铟镓（InGaAs），或者設計全新的芯片結構，例如納米管、生物分子、自旋電子芯片。目前來看，難度都很大。

　　量子計算機

　　當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納米後，主宰機器性能的将是量子物理。Google 搞的量子計算機 D-Wave 就是想以此為出發點找到全新的範式。到目前為止，無論多麼高精尖的人類計算機，基本原件都是晶體管，相當于一個開關，有兩種狀态：1 和 0，或者開和關。而量子計算機的晶體管卻有3種狀态，0、1 以及「同時是 0 和 1」，或者說，開、關以及「同時是開和關」。

　　這個「同時是開和關」的狀态是量子物理的态疊加原理（Superposition）。上面提到半死不活的貓就是薛定谔本人所講的例子。顯然，有了疊加态（以及量子糾纏），運算能力會遠超普通計算機，前提是 Google 開發出有實用性的量子計算機。

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　　過去 50 年科技的穩定進步很美妙，當定律失效時，未來似乎顯得有些黯淡。我們認為摩爾定律即将失效不意味着科技進步的停滞，而意味着變化本身的性質發生改變。再也沒有一個「定律」去指引大家按部就班地升級。這種确定性正在被逐漸消除，這迫使人們追尋新的思路和手段。下一個爆發性的變化可能會發生在其他任何地方。未來有很多挑戰，但也會更有趣。

　　所以，摩爾定律的終結不是進步的終結。言下之意是，我并沒有說你沒辦法買到更好的手機了。

　　—End—

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　　相信我，它真的是個二維碼，

　　不信，就掃掃試試 。

　　——by 吐血弄了半年的設計師Pony

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