即將改變一切的計算趨勢

        大家都很熟悉摩爾定律（參見極客須知的十大定律），即自上世紀七十年代以來，計算機的性能每 18 個月翻番。但是卻很少人留意到另一個跟摩爾定律變化曲線相當的效應：自計算機誕生以來，其電效率同樣是每 18 個月翻一番。

        筆記本與智能手機之所以存在要感激這一趨勢，正是因為這個隱藏的摩爾定律導致這些電池供電設備耗電量的大幅削減。從 下圖可見，執行固定運算次數所需的功耗在未來仍將穩步且高速地下降，如果你需要直觀一點的印象，我們不妨把時間放到 10 年后，到那時執行相同次數的運算所需的能耗將會是今天的1/100！其結果必定會是更小型的、能耗更低的計算設備的大幅擴散，從而為新的移動計算和通信應 用鋪平了道路，而后者則可以極大地提高我們實時收集和使用數據的能力。

        超低功耗計算的一個例子是華盛頓大學的 Joshua R. Smith 發明的無電池無線傳感器，其所需的能量是從雜散的電視和無線電信號那里捕獲的，每 5 秒鐘會將數據從氣象站傳送到一個室內顯示屏。這種設備由于用電量極低（平均 50 微瓦）所以不需要其他電源。

        能夠收集環境能量（如環境光線、運動、熱量等）為無源移動傳感器的運作打開了機遇之門，這意味著可用數據的大爆發。 顆粒度精細的定制化數據（如個體特征數據、交易數據、信息流等）必將全面擴張，這種數據被麻省理工學院的 Erik Brynjolfsson 教授稱為是納米數據(nanodata)。

        這種能耗下降的趨勢究竟能持續多久？1985年，物理學家 Richard Feynman 曾做過計算，認為最終計算設備的能耗效率會提高 1000 億（10的 11 次方）倍（相對于當時的計算機能耗）。而根據統計從 1985 到 2009 年間，計算設備的能耗效率提高了 40000 倍。這個數字聽起來有點嚇人，但是跟 10 的 11 次方相比，說明這個趨勢才剛剛開始。

相同能耗下計算機執行的運算次數每1.5年翻一番

        我們再舉個具體一點的例子，如果把今天的 MacBook 以 1991 年的能耗水平來運行，那么這臺筆記本電腦完全充好電的電池只能夠堅持2.5秒。我們再往前推演一下，再看看當今運算速度最快的超級計算機，日本的的京 （Fujitsu K），其浮點運算能力達到 1 萬萬億次/秒，但是能耗也達到了驚人的 12.7 兆瓦。這種能耗足以為一個中等規模的城鎮供電。但是從理論上來說，如此計算能力的設備，在 20 年之后，其能耗不會超過一臺烤箱。而今天的筆記本的能耗已經到達無窮小的地步。

        這一現象驅動著所有硅基設備的發展。但是尚未有人能夠確定數據傳輸的效率（比如傳感器發送無線信號的能耗）是否也會 有相匹配的提高。信息傳輸速率、通信頻率、不執行任務時節能的方式，這些設計選擇都會顯著影響到移動設備的總體耗電情況。不過計算的效能改進也會推動其他 領域的創新，因為這是完全發揮新計算和傳感技術威力的唯一之道。

        計算能耗長期持續的改進將會革新我們收集和分析數據的方式，也會影響到我們利用數據進行決策的方式。在這一趨勢的推 動下，物聯網將會變成現實。工業過程的控制將會更加精細，評估我們行動的結果也會更加快速有效，反映新現實的體系和業務模型重塑將會加快速度。還能夠幫助 我們以一種更為實驗性的做法與世界交互：即我們可以實時地取得真實的數據來驗證假設，并能夠根據情況調整假設。

        從歷史上看，最好的計算機科學家和芯片設計師關注都是尖端的高性能計算問題。但是現在計算能效正在逐步吸引頂級的設 計師和工程師，他們面臨的是一個新問題—如何進行全系統的集成設計，怎樣提高用電和數據傳輸效率，以及如何將人類的關系演變為與宇宙的關系—這是一個迷人 而又充滿挑戰的命題，如能解決，也許我們即將迎來阿凡達的世紀。