摩爾定律的可能終章：工程師探討後果與契機

1965年，戈登・摩爾定義了計算創新的節奏與成本之間的關係，後來這被稱為「摩爾定律」。這條定律既描述了也激發了造就資訊時代的指數型成長。如同摩爾所預測，積體電路每兩年處理能力就會翻倍。晶片變得更小、更快且更便宜。電晶體尺寸縮小，能源需求降低。而且按照摩爾的願景，電腦改變了我們的基礎建設、家庭生活，甚至影響了我們使用拇指操作電子設備的習慣。市場適應了這種穩定的進步節奏，軟體產業也蓬勃發展。

我們已經習慣期待科技的快速進步。但摩爾定律能永遠持續下去嗎？儘管它取得了巨大成功，但對這位英特爾創始人預測的未來存疑並非新鮮事。長久以來，對基礎物理學極限的擔憂一直伴隨著將電晶體尺寸縮小一半的要求，而過去十年來，調控能源成本和散熱的新難題更是成為工程挑戰的頭條新聞。

面對進步道路上的障礙，專家們對計算技術的未來變得既深思熟慮又雄心勃勃。在這場問答中，電腦與資訊科學（CIS）以及電氣與系統工程（ESE）教授本・李，和CIS與ESE的電機工程博伊洛教授安德烈・德洪，深入探討了摩爾定律的利害關係，並反思了其可能終結所帶來的後果與機會。

德洪表示：「摩爾定律一直是創新和財富創造的引擎。由於我們有能力定期將電路中的電晶體數量翻倍，我們得以在電腦的功能上發揮創意。而且因為摩爾定律，原本作為高端應用的科技進步，價格很快就會下降，成為消費性產品。摩爾定律讓計算無所不在，使科技民主化，並促進了經濟成長。」

本・李指出：「多虧了摩爾定律，我們生活在一個由大規模部署的廉價計算所構建的世界。一方面，我們有資料中心計算和依賴資料中心的服務；另一方面，我們有消費性裝置和電子產品。在這兩者之間，由於計算資源如此豐富，我們擁有一個極其豐富的軟體生態系統。我們能夠依賴穩定供應的具有大量記憶體、處理能力和速度的晶片，而且可以保證這些性能將以穩定的節奏和指數速度持續提升。」

本・李認為：「很有可能。如果底層硬體變得更稀缺或性能更差——如果我們無法在記憶體、處理能力或速度上繼續改進——這將轉化為對我們在軟體上開發能力的限制。而且我們已經在擴展規模方面遇到了麻煩。以擴增實境為例，如果我們想擴展擴增實境的功能，而摩爾定律不再成立，穿戴式裝置可能會變得過於笨重和發熱，使整個媒體形式有停滯的風險。再想想人工智慧，我們看到很多資料中心和圖形處理單元（GPU）都用於人工智慧應用。如果這些晶片不能變得更小、更節能或散熱更好，我們將看到資料中心建築的規模大幅擴張。」

德洪提到：「我之前提到的科技民主化也會受到威脅。我們討論的是資源充足的實體和普通人之間的差距擴大。購買所有這些晶片、構建這些網路和資料中心需要大量資金。科技將不再能普及到大眾。」

德洪還說：「當然。這也揭示了摩爾定律的一個缺點。因為我們有能力不斷縮小電晶體尺寸以提高計算能力，我們一直用增加電晶體的方式來解決那些並不需要這種方式解決的問題。這是一種蠻力方法，摩爾定律鼓勵了這種做法，卻犧牲了更聰明的方法，比如創新的架構設計以及軟硬體工程師之間更好的協作。也有一些例外，MP3的編碼設計就非常巧妙。它讓我們在摩爾定律能夠實現之前大約十年就有了數位音樂。」

本・李補充道：「在21世紀初，科學計算——也就是高性能計算——需要能源效率大幅提升，而摩爾定律無法提供這種提升。通常依賴晶片核心數量指數型增長的方法在這種應用中走入了死胡同，所以我們看到了一些真正有創意的思考——從中央處理單元（CPU）轉向圖形處理單元（GPU）——以及對定制設計的重新關注，包括硬體和軟體的聯合設計。」

本・李表示：「有可能。我對成本並不完全樂觀。這些新技術將會很昂貴，而且我們目前還沒有明確的途徑來實現公平獲取。」

德洪則認為：「然而，有很多值得樂觀的地方。摩爾定律具有革命性，但它也讓我們依賴於用粗魯的方法解決那些本可以用創意和效率解決的問題。未來將由能夠優先考慮這種創新的電腦工程師來塑造。有很多方面需要迎頭趕上。」