摩爾定律

資料來源：《謝謝你遲到了---以慢制勝，破題未來格局》，

佛里曼(Thomas L. Friedman)著，廖月娟、李芳齡譯，天下文化出版，2017。

    高登·摩爾（Gordon E. Moore）是著名的仙童半導體和英特爾公司的創辦人之一，矽谷的元老級人物。1965年，他在《電子學》雜誌上發表了一篇文章，題目叫〈將更多的元件塞入積體電路中〉，他在文章中預測：「半導體晶片中的集成元件(晶體管)數目將每年增加一倍，而價格不變…，而且有理由相信這種增速在至少10年內會保持相對穩定。」這意味著技術進步會不斷加速，且呈指數型增長，越來越快。摩爾還成功預言了芯片持續改善所產生的影響：積體電路將帶來各種神奇的事務，例如家用電腦、汽車自動控制系統，以及個人便携式通訊設備。這就是半導體產業發展半個多世紀以來的知名黃金法則 ---「摩爾定律」。後來，英特爾董事長克扎尼克就常以下面的例子來解釋：如果把英特爾1971年生產的第一代型號4004的晶片，與當時英特爾最新型號第六代的酷睿處理器相比，現在晶片性能已經提高了3500倍、能效提高了90000倍，但成本則只有原先的1/60000。

    當今科技變化的速度之所以超乎尋常，是因為電腦所有的五個基本組成部分，包括晶片、記憶體、聯網系統、軟體應用和傳感器的處理能力都幾乎穩步加速，它們融合在一起形成了我們稱之為「雲」的東西。我們現在已經到了科學技術的變化速度，超越了人類及其社會適應速度的臨界點。

    微處理器是用晶體管製造的，就是一個裝在一塊獨立硅片上的迷你計算引擎，也稱為「微芯片」。晶體管是許許多多可以控制電流通過的小型開關，一塊微處理器的計算能力，取決於晶體管開關的實際速度，以及一個硅片上能夠裝下多少個晶體管。晶體管在發明以前用的是真空管，不但計算速度慢、體積大而且製造難度也大。在1958年的夏天，突然一切都改變了，開始了半導體工業的大變革，摩爾發現元件的數量每年都在翻倍，於是在文章中，做了一個的大膽的猜測，他預計這種翻倍式的增速將持續至少10年。摩爾的朋友，加州理工學院教授米德將其戲稱為「摩爾定律」。後來，摩爾意識到這個速度不可能維持下去，在1975年他修正了自己1965年的預測，說翻倍的時間大體上每二年發生一次，同時價格幾乎保持不變。沒想到非常神奇的正是芯片設計和軟體之間的相輔相成，造成的突破性進展，為人工智能領域近期的突破打下了基礎，摩爾定律也一直持續了50多年。當然，連摩爾也說，像這樣的指數級增長不可能永遠持續下去，有一天進程終將停止。如今，摩爾定律已進入下半場，它還能再走多遠呢？

    過去，有人會被人說「蠢得像消防栓(或垃圾桶)一樣」。你知道嗎？科技加速發展的結果是，消防栓(或垃圾桶)已經變得常聰明，我們再也不能這麼消遣別人了。現在消防栓可是裝上一個壓力記錄儀，可以將水壓通過無線網路傳送到當地供水部門，極大減少了水管爆裂和消防栓故障的發生。此外，垃圾桶也可以裝入崁式太陽能板供電的壓縮機，適時的壓縮垃圾的體積。不但如此，垃報桶上還可裝上傳感器，滿了需要清空時，就會自動通報，優化了環衛人員的服務路線，使他們也變成了技術工人。

    什麼是傳感器？就是「能夠從物理環境中探測某些類別的輸入信號並做出回應的設備。」這特定的輸入信號可能是光、熱、動作、濕度、壓力或大量環境現象中的一個，輸出的通常是一個轉換成可供人類在預設地點讀取的信號，以進一步的操作。由於傳感器小型化的加速發展，我們如今已經能夠將視覺、聲音、觸覺、聽覺四種感觀數字化，並為第五種---嗅覺努力中。壓力傳感器、溫度傳感器、運動傳感器……等多種傳感器的結合，使我們感知環境並將其轉化為數據的能力，得到了極大的延伸。得利於材料科學和納米技術的突破，我們已能製造出小巧、便宜、智能且耐寒耐熱的傳感器，可以很方便的安裝在特殊場所或極端條件下用來實時檢測，然後傳輸數據，使得「物聯網(Internet of things，IoT)」成為可能。通過給每件「物體」安裝傳感器，就可以及時調整這些物體的運行狀況或預測其可能的行為模式。其實這就是在創建一個神經系統，隨時跟上變化的步伐，使人類變得更加高效，遠超我們的想像。

    如果看起來很髒需要清洗，這是「狀態檢修」；無論是否高強度開車，行駛5000公里就要換機油，這是「預防性維修」。新的方法叫做「預見性維護」或「處方式維護」，則是指能夠精確的預測輪胎、引擎、電池…或其他小零件需要更換的準確時間。傳統工程師是通過自然科學去理解事物運轉的規律，去做預測和維修。可是，有一些信號是微弱到無法測到或隨時在變化的，而這正是一些事物發生故障或變得低效的早期跡象。

在過去，我們檢測微弱信號的方法是靠直覺或是具有豐富經驗的人才能發現，但現在有了傳感器，那些微弱的信號也能被偵測到和處理了，就算是新手也能像30年的老將一樣。這種以更快的速度生成應用知識的能力，使我們能夠充分發揮人類的潛能，使得各行各業澈底改變受惠無窮。我們不是只有對每件產品做出物理性改變，才能提高它的性能，因為也可以利用傳感器讓機器與人類互動，及時洞察先機以軟體來實現提高效能和降低成本。

    如今，數據就是力量。但是，如果沒有存儲領域同步出現的突破性發展，這些傳感器收集的海量數據就毫無用處。我們需要能夠存儲大量數據和軟體的芯片，通過大量電腦互聯運行，就好像是一台電腦一樣，才能對「大數據」進行「大分析」。要使數據變成「大數據」不僅要依靠硬體的突破，還取決於軟體的創新。Hadoop的出現使數以百萬計的電腦串在一起，還使得對數據進大海撈針式的搜索，變得簡單可行。

    在20世紀，硬體是最大的約束，人們都在思考怎樣使硬體更快；21世紀的關鍵是軟體，創建更好的軟體賦予人們力量。然而，儘管處理器、傳感器、內存、軟體的加速發展都非常重要，還是離不開連接性的加速進步，那就是陸地以及海底光纖和無線網路的容量和速度，這些都是互聯網和移動通訊的主幹。在過去得20年裡，數據和語音通過光纖電纜傳輸的速度也遵循了一種類似摩爾定律的規律，這是一個偉大的革命。現在各地的科學家正在研究使用激光通過光纖發送光脈衝形式的聲音和數據，帶來了更多的加速增長，使寬帶互聯網可以做一些更酷的東西。

好消息是，加速還沒有結束。硬體的改進需要時間，要更快的解決方案只能改進軟體，利用其超越物質材料的力量和靈活性，進行各種虛擬操作，創造出大量的新增容量，亦即要使用軟體來加強和放大摩爾定律。

這些突破接二連三，但還是需要把它們安裝在可以隨身携帶的手機裡，才能引爆，手機革命適時引領了互聯網的偉大創新。今天，幾乎人人都有自己的智慧型手機，而且從1G升級到了5G，這在20世紀80年代是想都不敢想的事。

    今天，指數級增長的技術還能保持加速增長，在很大程度上要歸功於一個事實---「雲」。這個「雲」進一步加強和放大了這些作為個體或組織的技術，因為已可以讓各種軟體和服務不在電腦的硬碟上運行，而是在雲端，結果也存在雲端，只要連接上互聯網，就可以在任何地方使用電腦、手機、平板、手錶…等隨時取得。這就像一個位於空中的碩大公共設施，隨時可以更新、API允許組件間以難以置信的高效率互送訊息。回顧人類歷史，只有屈指可數的幾種能源從根本上為大多數人改變一切，那就是火、電和計算。現在由於計算已經放在了雲端，由於它還可以把世界上所有的知識或人相連接、還能幫助思考，影響力將比火和電更為深遠。所以「雲」才是促成了真正的力量倍增！隨著智慧手機和平板電腦在世界的普及，不久的將來，我們一定可以看到人類驚人的集體腦力和智慧的成果。