【什么是摩尔定律？】摩尔定律起始于Gordon Moore在1965年的一个预言，当时他看了因特尔公司做的几个芯片，他觉得18到24个月可以把晶体管的个数翻一番。只是看了这几个数据，没想到这么一个简单的预言成真了，下面几十年一直按这个节奏往前走，成了一个定律。这真是一个了不起的预言，这就意味着每次翻一番晶体管的个数是呈指数型的发展。晶体管越来越小，芯片可以装更多的晶体管所以运算速度越来越快。什么是指数型的增长？有这样一个故事：从前有一天，国王高兴了把他的谋士叫来说咱们下一盘棋，你帮我散散心，赢了的话可以说一个恰当的要求，我都可以满足你。他的谋士很聪明，他说国王我当然愿意跟你玩儿，我下棋赢了以后我要一个很简单的礼物，我要几粒米，棋盘的第一格子给我一粒米，第二个格子给我两粒米，以后每个格子呈2的指数翻倍，国王心想这些米我作为一国之主是没问题的，于是一口答应。一个棋盘有64个格子，那么在最后一格需要给谋士2的63次方粒米，总体计算大概需要给他上千亿吨的粮食，这个国王根本给不起。因此，凡是指数性增长的函数是非常可怕的函数。 因此，摩尔定律使得晶体管的集成度不停的增加，计算机的速度和并行在不停的提高。但是到最后摩尔定律像所有美好的事物一样都是会有尽头。因为，我们已经没有办法将几纳米这么小的元件制造出来，把它切出来的难度极高。好比让你用一厘米粗的笔写出一毫米小的字，可不可以写呢？可以，但是非常不容易。 【摩尔定律该如何积极应对随之而来的机遇和挑战？】从上世纪60年代以来一直被IT 行业推崇为“圣经” 并依赖其发展的摩尔定律正在走向终结。在摩尔定律步入夕阳时刻的半导体行业将何去何从？美国加州大学计算机系校长讲席教授、电子工程系教授丛京生教授，摩尔定律预示着每两年微处理器的晶体管数量都将加倍——意味着芯片的处理能力也加倍。这种指数级的增长，促使计算机到更先进、轻便、小巧的机器的转化，然后又孕育出了高速度的互联网、智能手机和现在的更互联、更智能的应用。在以创新著称的计算机行业，随着芯片制造商的电路精度的越来越高，能容纳的原子数量越来越少，遵循了几十年的以摩尔定律为中心的行业研究规划蓝图将面临必要的改变。全球半导体行业不再基于每两年实现性能翻倍的概念来制定硅芯片研发计划，原因就是无力承担跟上性能提升步伐所需购买的超复杂制造工具和工艺成本。此外，当前的制造技术可能无法再像原来那样大幅度缩小硅晶体管。 在摩尔定律失效的当下，计算行业迎来了新时代。丛京生教授认为：晶体管数量以及芯片的处理能力将会不在局限于在摩尔定律呈倍数的阶梯级增长，而是可以定制的架构。再者，3D技术、神经形态的计算和量子计算的加入也会给这个新的时代注入新的血液。对于摩尔定律的理解，中国科学院计算技术研究所研究员徐志伟，他觉得技术发展绝对不像我们想象的过程，尤其是其应用范围要跳出自身原先的思考维度，“可能我们对摩尔定律的理解要放宽一点，因为我们业界之外的人也都在广泛引用摩尔定律，比如做大数据的也会说每18个月数据会翻一番。”在数据指数增长的时代，对计算的要求只会越来越高，应用也会越来越广，未来计算是无处不在的，应用的多样化也是一个重要的趋势，毫无疑问，以人工智能来看，我们互联网企业走的比较靠前，比如5G出来以后，不管它最终的结果如何，都会对通讯速度有1000倍的提升，它也会把很多设备之间的互联做很好的交互。技术几千年都在演进，从宏观的角度我们都在一步步往前走，只是每一个阶段遇到特定的环境，我们可能遇到的机会是不一样的。摩尔定律的尽头，我们看准的未来都应是更多的新机遇。 【人工智能为何在30年后这么大的突破？】讲到人工智能，最近的发展确实令人刮目相看，且有很多突破性成果。客观来讲，人工智能的算法，在三十年前基本上都存在，为什么三十年以后会有这么大的突破，丛京生教授认为有三个方面。第一个，摩尔定律使得计算的能力提高了100万倍；比如，原来我们看神经网络两层、三层，今天可以几十层、上百层，甚至有上亿的参数，而人脑是100亿个神经元，所以我们依然要提高算法能力。第二个，大数据时代，机器可以学习更多的例子。比如，图像识别，机器需要看150万张图片才能识别其中的逻辑，这个只能通过网络时代的海量数据训练实现。第三个，统计数学方面有了更好的进展。这对人工智能发展起了很大的作用。 【为什么要做人工智能芯片FPGA？】FPGA（Field-Programmable Gate Array可编程的逻辑阵列，听起来比较晦涩加之芯片的设计一直很神秘化，但实际上FPGA恰恰是一个很大众化的芯片，可以在办公室、家里或实验室随时随地进行设计和编程，出了错误也可以及时更正，主要的难点就是编程部分，需要一定的硬件语言才能编这种芯片。另外，FPGA它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，可以做加密和解密处理，还能提高效率，这样既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。目前FPGA可以编程为专用加速器，与通用处理器相比，可以提高300多倍计算，加之与最先进的测序的仪器结合，这个运算效率更高，即使与今天市场上24核的CPU处理器相比，FPGA至少比他快3倍；另外，这个芯片还能应用于医疗方面，它能为人体的DNA排序任务加速。“比如当癌症被检查出来后，我们可以做个性化定制的癌症治疗案例，根据几十亿个DNA的序列图片，可以高效地找到解决方案和相应的药物将突变的细胞卡住，癌细胞便不能复制了”，丛京生教授说，“经常看电视剧说一个人得了白血病肯定就不行了，但实际上其中有20%的败血病在今天基本上可以100%治愈。”与此同时，科学家认为癌细胞也很聪明，你把这一块卡住，它就变变变，从别的地方出来，像一个猫捉老鼠的游戏，但我们也可以用一堆处理器来生成序列图片。另外，还有一些癌症因为不确定是哪个基因突变，需要提取海量的基因来进行测试，光是计算这一步，用最快的因特尔的处理器要用170个小时，基本上约同于一个周，但现在我们因为有这个FPGA芯片基本上可以加速到4、5个小时，像验血一样，当天就可以知道结果。 转载请注明来自“科普中国” 作者：曾丹