摩爾定律「翻一番」效應

「唯變永恆不變」,相信沒有人會懷疑古希臘哲學家赫拉克利特這句至理名言的永恆性。在過去一個半世紀,整個世界經濟生產力的成果,隨第一次工業技術革命的出現而在百年間翻了一番;第二資訊技術革命的來臨,再使經濟成果在上世紀的五十年間翻了一番;千禧年至今,每在摩爾定律的預測下每十年翻了一番;倘在未來二十年,再每隔五年,三年,甚或一年翻一番,則未來世代經濟和科技變化之大,一定會超乎人們的想像!
「唯變永恆不變」,相信沒有人會懷疑古希臘哲學家赫拉克利特這句至理名言的永恆性。
 
在過去一個半世紀,整個世界經濟生產力的成果,隨第一次工業技術革命的出現而在百年間翻了一番;第二資訊技術革命的來臨,再使經濟成果在上世紀的50年間翻了一番;千禧年至今,每在摩爾定律的預測下每10年翻了一番;倘在未來20年,再每隔5年、3年,甚或1年翻一番,則未來世代經濟和科技變化之大,一定會超乎人們的想像!
 
究竟翻一番到底是個怎樣的概念?為何翻過數十番後,竟翻出超乎人們想像的結果呢?原來所謂翻了一番,就是以2為基數的指數倍增(2x-1,x= 1,2,3……),即由2的0次方開始為1,一次方為2,二次方為4,三次方為8,然後16,32,64,128……。不要小睹這種指數倍增的現象,舉個簡單的例子,就可以看到它驚人的效應:就拿1仙錢作算,要它每日倍增,翌日是2仙,第三日4仙,一周後有64仙,兩周後有81.92元,還不大起眼吧?再倍增下去,第28天,你的錢山已累積至100萬多元,第30天更超過500萬元。如適逢當月有第31日,你的1仙錢累積所得超逾1000萬大元!相信大部分人都想像不到,翻一番竟有如此驚人的結果吧?
 

摩爾定律的來源

 
理解這個翻一番的概念,可讓我們看到,資訊科技在近50年間所以能有如此迅速發展的背後驅動力量。1965年,當時任職費爾查特相機儀器(Fairchild Corp)為半導體部門研發總監的摩爾博士(Gordon Moore)在《電子》雜誌上發表了一篇專家評論,指出半導體製造業在1965年只能將60個元件放在一枚晶片上;但隨微型技術的引進,他估計10年後,一枚晶片將能容納多達元件6,500個。這意味着,電腦晶片的計算功能將會大幅增加。如此發展下去,他認為未來晶片上的半導體元件數目每24個月翻一番。摩爾後來成立著名全球的英特爾晶片公司,他這番預測被美國資訊業界推譽為摩爾定律,而其說法亦改為「電腦晶片的運算功能每18月翻一番」。
 
當然,摩爾定律並非嚴謹的自然定律,而事實上18月亦非絕對不變的常量,例如在1970年代,有好幾年的發展是放緩下來,但隨後追趕回來,之後果然不出所料,以一年半左右的時間翻一番。從上述1仙錢的倍增結果,我們不難明白,上世紀70至80年代個人電腦面世的最初10年間,晶片運算功能倍增毫無驚喜。一如美國科技顧問布雷斯指出,當時晶片的運算速度從5MMHz增至500MHz需時20年;但隨後從500MMHz翻一番至1GHz僅需8個月。這已經是很多年前的事了。從1970至今,快有45個年頭了;按上述的推算,我們已接近上述第28天的100萬大關轉捩點,超級電腦的運算功能經過約30回的翻一番之後,如今已接近不受地球引力約束的逃離速度了!難怪繼戰勝棋王卡帕羅夫的「深藍」(Deep Blue)之後,IBM最新一代的人工智能電腦「沃森」(Watson),竟可在2011年2月美國電視節目《危險邊緣》(Jeopardy)的智力競答遊戲中,擊敗兩位有史以來最優秀的人類冠軍選手!也是為何谷歌能在2013年,推出一部全由電腦及光雷達(LIDAR)系統控制的自駕汽車。
 
但超級電腦速度(每秒浮點運算次數〔FLOPS〕)的飆升並非摩爾定律的唯一現象,先進的晶片設計使電腦的耗能量大幅下降,也使超級電腦超級電腦運算每瓦特功率(FLOPS/Watt)的增加每18月翻一番。此外,過去10年,數碼寬頻速度(digital bandwidth)攀升之快,更加超逾晶片的運算速度。在上世紀80年代,調解器的速度每秒僅為56Kbyte,光纖電纜取代銅線之後,加上創新的轉駁設備,如今數碼寬頻的速度是以 Megabyte 計,增幅千倍之多。近年,高速的無線寬頻大行其道,無線影音視像的下載和上載已易如反掌了。最近10年,YouTube、Netflix 和 iPod 這些影音下載服務所以能發展得如火如荼,先進的無線寬頻技術實在功不可沒。
 

電子數據存儲媒介推陳出新

 
今日,電子數據的存儲媒介不斷推陳出新,先進的激光讀寫技術利用愈來愈短的藍光存儲愈來愈大量的數據,全載整套20多冊的大英百科全書,所需不外幾只藍光光碟而已!目前光學存儲技術的最大限制在於其平面設計。美國通用電器科學家現正研究利用全息圖像原理突破光學數據存儲的極限。他們開發出一種以獨特聚碳酸物料製成的光碟,在特定波長的激光照射下,可透過化學變化把數據寫「進」光碟內。與其限於傳統光碟所用的表面,這技術完全利用整體光碟物料為媒介,數據存儲量較同樣大小光碟大幅增加200倍。由於表面不再是存儲量的限制因素,這種數據存儲媒介的形狀大小可以多式多樣。此外,2014年2月,美國和俄羅斯科學家分别宣布研制出一種基於自旋波干擾的新型記憶裝置。數據是以磁必特的形式存儲,但卻以同步的全息圖像讀出。由於自旋波的波長比可見光更短,數據存儲密度的潛力較傳統光碟較要大得多。這種基於光學全息的存儲系統,總有一天可以用於存儲非常大量的數據。
 
在可見將來,先進全息存儲技術的迅速發展或可讓你把整套影片珍藏存於一隻 DVD 全息光碟之上。不過,想到不久將來,連 DVD 機也快將成為歷史陳跡,誰會再用光碟存儲數據?雲端存儲數據服務大行其道之時,所有音樂、電影、圖書和各式各樣的多媒體資訊都可像水電公共服務一樣由雲端營運商提供,這就是未來的智能年代!
 
雖然摩爾定律並非什麼「放諸四海而皆凖」的金科玉律,但這條描述「翻一番」驚人效果的人間定律,用以預測科技創新對社會的衝擊,還是蠻管用的。
 

李鈞陶