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CSW摩尔定律终

日期:2019-10-29编辑作者:金融

  现在看来摩尔定律已经走到了它的尽头,将会发生什么呢?无论预测是小的改变还是大的改变,不同的处理范式必然会出现。软件提出的问题与硬件的挑战截然不同。预测未来的关键可能在于我们认识到,经济和能源限制了人类的创新。然而,创新和人类历史一样悠久,计算机的创新可能性仅仅受限于我们的想象力。

  一个朋友最近给我指了一篇关于摩尔定律的文章。更准确地说,这是一篇再次预言这种范式即将消亡的文章。

  人们可能争辩说,摩尔定律有强式和弱式。对于强式,预测仅限于一个单一的微芯片上的晶体管数量的增加。对于弱式或更广义的范式,这一论点与经济成本效应的关系更为密切。前一种预测很大程度上依赖于正在部署的技术类型。基于硅、锗的晶体管技术在未来几年将面临严重的限制,因此,此种版本的定律可以安全地预测到终点。

  因此,我们可以说,从技术上讲,摩尔定律将终结的悲观预测是正确的。然而,从更广义范式的角度,我们可以说末日还没有到来。的确,晶体管的尺寸是有极限的,而且我们正式迅速接近这个极限。然而,事实是,我们也正在改变结构和处理过程。

  如果我们仅仅根据晶体管的数量来分析摩尔定律,那么,原意上预测,我们肯定正在快速接近终点。然而,这并不意味着我们不能把更多的晶体管放到一个芯片上;相反,这意味着结构会适应,处理过程将从18-24个月的倍增期转移。在这种情况下,我们将进入不同的处理范式。

  计算的真相在于创新。一个人的大脑是有限的,然而作为一个集体,我们的大脑能力远远超过任何一个单一大脑。也许人类的创新是有极限的,但是我不认为我们已经接近这个极限,即使它真的存在。在这个问题上,我更愿意成为一个乐观主义者,而且我预见在我的有生之年或者我的子辈、孙辈都看不到极限。而且,我们谁也无法预测,故无论如何,我抱有希望。

  摩尔定律是一个经济预测模型。我们现在可以制造更大的芯片。使用软件,我们可以将多个CPU、GPU、协同处理器芯片和卡片集成到一个网格中,这个网格就像一个计算模型,远远优于任何单一机器。这样做的限制与技术无关,因为技术已经存在。我们面临的限制是更普遍的,涉及经济和能源的限制。

  人类的大脑不断证明,它比我们开发的任何系统都有更强的计算能力。这是一个活着的自我编程机器,以极高的效率运行。尽管人类在编程上犯了很多错误,在生物学上也有很多失败,但是我们知道我们的计算极限远远超过我们现在的能力。

  自社会存在以来,人类就弥漫着普遍的悲观主义问题。然而,创新引领着社会朝着更加多样化和富裕的方向发展。驱使人类创新和创造新方法的动力一直存在,也看不到尽头。即便如此,很多人还是认为我们面临着人类成就的终结。马尔萨斯最终放弃了,但我们中的许多人不会。面对发展和进步,编造一个悲观和绝望的故事更加容易。

  一切都会改变。这是毫无疑问的。更重要的是,我们甚至无法预测2050年计算能力的本质。它可能是从我们现有的计算系统中衍生出来的技术,也可能是某种新的量子系统。 在我们到达那里之前,没有办法知道未来,或者非常接近那里。看起来我们很可能会有一个新的,或者是一个未知的颠覆性技术,带领我们继续成长。这项新技术今天无法预测,超出预知,将使我们继续走在增长的道路上。 对于一些人来说,这导致了“如果,怎么办”的理论: 如果没有人开发任何东西怎么办? 如果停止创新了怎么办? 如果没有什么值得去发现的呢?

  “物理科学中更重要的基本定律和事实都已经被发现了,而且这些定律和事实建立得如此牢固,以至于它们由于新的发现而被取代的可能性微乎其微。我们未来的发现必须在第六位小数中寻找。”

  正是这种态度导致了金融业的长期停滞。然而,即使在那时,因为创新的影响,我们也看到了变化,而且是长期的变化。创新将以颠覆性技术的形式继续下去,没有人能够预料或预测到,创新似乎不知是从哪里冒出来的,由那些最不被期待改变世界的人创造出来。

  综合计算能力并没有造成我们目前的极限。极限实际来自我们的软件。现代计算机的速度不是由时钟周期的增长来控制的。它源于一系列的因素,这些因素并不是现代计算机的主要限制因子。根据摩尔定律,硬件将继续增长,并且在可预见的未来是如此。软件则是另一回事。现代计算机软件的不断进步是人类思维的创造性产物。当许多大脑一起工作时,系统会更具有复杂性,尽管有一个极限。

  比特币有一个不为人知或考虑过的关键特征是,它允许分布式和并行计算的能力。在传统的计算机中,自20世纪70年代或80年代以来,复杂的算法和系统通过迭代过程(如循环)得到简化。但是,量子计算机不是这样工作的。量子计算的性质是同时求解所有可能的状态,至少我们是这么希望的。比特币脚本与这种计算类型是一致的。与传统的循环不同,比特币脚本的目标是大规模并行计算。

  实现这一目标的一种方法是使用哈希谜题和其他计算谜题,这些谜题可以通过布尔语句加以保护,并将待解决的谜题与支付地址的添加联系起来。代替每个变量可能值的事务(交易)被创建出来。如果我们设想试验一个从0到10亿的变量,不是通过每一状态的相续循环,而是可以同时并行运行它们。每一事务都与正确解决引起支付的谜题一起执行。使得将计算在经济上完全外包成为可能。不仅仅是存储,提醒你,而是每个子程序和每个运算或计算。

  因此,摩尔定律不是关于晶体管的数量;而是关于一个系统的经济增长。利用一个系统的有效性是一个独立的问题,创造更大和更快的计算受到他们运行的软件的限制。我们现在正朝着更经济的系统前进,在这种系统中,我们将看到计算成本随着时间的推移而持续下降。最重要的是,摩尔定律的结果与能源经济有关。 这并不意味着我们将用更少的能源来运行我们的机器,而是意味着我们用于完成一个独立运算的能源总量将会减少。真正重要的不是我们展现的晶体管数量,而是我们的计算效率程度。即使是现在,走向Exascale(百亿亿)技术的动力推动我们走向未来,运行多核系统的创建必然会改变计算的本质。

  计算机科学,特别是计算理论,是一个将在未来几年积极开拓和研究的领域。我们开始对CuDa 和 Xeon Phi架构等技术进行密集实验的一个原因是,我们希望将之带到一次交易处理和比特币区块链。我们现在正在撰写的多篇文章都涉及高并发代码结构的使用。使用谜题和可计算 ECC 地址的结合,我们可以让多方或多进程同时在计算解决方案上工作,并期望他们得到报酬。这不是一个标准的按工计酬情况;它是一个分布式证明或事务内工作。

  这些变化与我最近看到的其他几个变化相似。在从8位到16位到32位以及现在的64位结构的变化过程中,我们不得不一路改变和调整我们的软件。软件的下一个变化将是在超宽总线上运行高并发系统。下一代计算机的结构已经可以在512位寄存器上运行。代码的变化是巨大的,但是我们希望它足以让我们再坚持几年。

  在前面提到的《经济学人》的文章中,有一个关于时钟速率和热量设计的明确极限的争论。很快,即使是晶体管的数量,也会改变。但是,这并不意味着计算能力将停滞或减弱。这篇文章开玩笑说,摩尔定律之所以存在,是因为它将终结。然而,这篇文章中的许多事实应予以纠正。例如,计算机芯片的成本并没有增加---无论是绝对价值还是相对价值,说计算机芯片的成本正在增加都是不正确的。

  最有说服力的担忧与我们开发的软件问题有关。软件的规模化速度远不及硬件。已取得和未取得(在很大程度上)的进步都出在软件方面。现在的软件更慢了,臃肿不堪;由于用硬件来解决软件问题,许多用于创造更高效率软件所需的技能已经丢失了。

  也许,导致股市下滑的不是技术,而是经济。市场力量发挥了决定性的影响。虽然消费者比开发商更易接受新型建筑,但新型建筑的接受过程还是很慢。与16位到32位结构的缓慢变化所带来的痛苦类似,从现有的64位寄存器到新的512位系统的变化也是困难的,至少可以这么说。

  《经济学人》的文章没有提到许多已经可行的技术变革,主要是缺乏相关领域的知识。不是说不能或不能迅速实现变革,而是开发引起变革的软件势在必行。如上所述,在我的有生之年,并未看到处理能力增长的技术终结。我看到的是软件问题带来的技术限制。复杂性越来越快,越来越快。

  在飞跃发展中,我们将创造更加专业的芯片和更好的软件。对我们来说,芯片是容易的,但软件则需要更长时间才能解决。例如,多核芯片已经存在,难的是如何发现最好地使用它们。

  关于某些数学任务是不可计算的说法,在技术上是不正确的。的确,一些大型处理器需要大型芯片,但事实是,据我们所知,很少有不能在512位芯片上完成的,能否做好是另外一回事。因此,引入多核机器必须引入创新管理,基于此种考虑,编程已经成为另外一个怪兽。我们已经从只需一点小技巧就能完成的事情,转向一个高度专业化的技术领域。我讨厌承认这一点,但是,今天,我最多也只能说浅尝辄止。

  对于选定任务,我是一个足够好的程序员。代数学、函数设计阶段和完整的后端工作都在我的技术职责范围之内。最近,我的意思是,在过去的三年里,我的跨并行系统和多线程编码的能力有所提高,尽管仍然非常低效。出于这个原因,我们已经雇佣了很多有天赋的开发人员,他们比我想象的要好得多,展示了专业化的禀赋。因此,在未来,摩尔定律将不会阻碍我们;人类智力的界限将决定我们是停滞还是成长。

  因此,为了让这些新系统有效和高效地工作,我们必须以远远超过现有活动的水平和步伐去写代码和开发。这就是我担心的核心。计算机和计算能力的成本和价格逐日在下降。但成功开发新系统所需的技能并没有跟上需求而同步增长。最后,我们所拥有的希望是,人类的天才和创新能够解决出现的问题。

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