大家都很熟悉摩爾定律，即自上世紀(jì)七十年代以來，計(jì)算機(jī)的性能每18個(gè)月翻番。但是卻很少人留意到另一個(gè)跟摩爾定律變化曲線相當(dāng)?shù)男?yīng)：自計(jì)算機(jī)誕生以來，其電效率同樣是每18個(gè)月翻一番。

筆記本與智能手機(jī)之所以存在要感激這一趨勢，正是因?yàn)檫@個(gè)隱藏的摩爾定律導(dǎo)致這些電池供電設(shè)備耗電量的大幅削減。從下圖可見，執(zhí)行固定運(yùn)算次數(shù)所需的功耗在未來仍將穩(wěn)步且高速地下降，如果你需要直觀一點(diǎn)的印象，我們不妨把時(shí)間放到10年后，到那時(shí)執(zhí)行相同次數(shù)的運(yùn)算所需的能耗將會是今天的1/100！其結(jié)果必定會是更小型的、能耗更低的計(jì)算設(shè)備的大幅擴(kuò)散，從而為新的移動計(jì)算和通信應(yīng)用鋪平了道路，而后者則可以極大地提高我們實(shí)時(shí)收集和使用數(shù)據(jù)的能力。

超低功耗計(jì)算的一個(gè)例子是華盛頓大學(xué)的Joshua R. Smith發(fā)明的無電池?zé)o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(shù)據(jù)從氣象站傳送到一個(gè)室內(nèi)顯示屏。這種設(shè)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(huán)境能量（如環(huán)境光線、運(yùn)動、熱量等）為無源移動傳感器的運(yùn)作打開了機(jī)遇之門，這意味著可用數(shù)據(jù)的大爆發(fā)。顆粒度精細(xì)的定制化數(shù)據(jù)（如個(gè)體特征數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)、信息流等）必將全面擴(kuò)張，這種數(shù)據(jù)被麻省理工學(xué)院的Erik Brynjolfsson教授稱為是納米數(shù)據(jù)(nanodata)。

這種能耗下降的趨勢究竟能持續(xù)多久？1985年，物理學(xué)家Richard Feynman曾做過計(jì)算，認(rèn)為最終計(jì)算設(shè)備的能耗效率會提高1000億（10的11次方）倍（相對于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)能耗）。而根據(jù)統(tǒng)計(jì)從1985到2009年間，計(jì)算設(shè)備的能耗效率提高了40000倍。這個(gè)數(shù)字聽起來有點(diǎn)嚇人，但是跟10的11次方相比，說明這個(gè)趨勢才剛剛開始。

 

相同能耗下計(jì)算機(jī)執(zhí)行的運(yùn)算次數(shù)每1.5年翻一番

 

我們再舉個(gè)具體一點(diǎn)的例子，如果把今天的MacBook以1991年的能耗水平來運(yùn)行，那么這臺筆記本電腦完全充好電的電池只能夠堅(jiān)持2.5秒。我們再往前推演一下，再看看當(dāng)今運(yùn)算速度最快的超級計(jì)算機(jī)，日本的的京（Fujitsu K），其浮點(diǎn)運(yùn)算能力達(dá)到1萬萬億次/秒，但是能耗也達(dá)到了驚人的12.7兆瓦。這種能耗足以為一個(gè)中等規(guī)模的城鎮(zhèn)供電。但是從理論上來說，如此計(jì)算能力的設(shè)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(jīng)到達(dá)無窮小的地步。

這一現(xiàn)象驅(qū)動著所有硅基設(shè)備的發(fā)展。但是尚未有人能夠確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩ū热鐐鞲衅靼l(fā)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(zhí)行任務(wù)時(shí)節(jié)能的方式，這些設(shè)計(jì)選擇都會顯著影響到移動設(shè)備的總體耗電情況。不過計(jì)算的效能改進(jìn)也會推動其他領(lǐng)域的創(chuàng)新，因?yàn)檫@是完全發(fā)揮新計(jì)算和傳感技術(shù)威力的唯一之道。

計(jì)算能耗長期持續(xù)的改進(jìn)將會革新我們收集和分析數(shù)據(jù)的方式，也會影響到我們利用數(shù)據(jù)進(jìn)行決策的方式。在這一趨勢的推動下，物聯(lián)網(wǎng)將會變成現(xiàn)實(shí)。工業(yè)過程的控制將會更加精細(xì)，評估我們行動的結(jié)果也會更加快速有效，反映新現(xiàn)實(shí)的體系和業(yè)務(wù)模型重塑將會加快速度。還能夠幫助我們以一種更為實(shí)驗(yàn)性的做法與世界交互：即我們可以實(shí)時(shí)地取得真實(shí)的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證假設(shè)，并能夠根據(jù)情況調(diào)整假設(shè)。

從歷史上看，最好的計(jì)算機(jī)科學(xué)家和芯片設(shè)計(jì)師關(guān)注都是尖端的高性能計(jì)算問題。但是現(xiàn)在計(jì)算能效正在逐步吸引頂級的設(shè)計(jì)師和工程師，他們面臨的是一個(gè)新問題—如何進(jìn)行全系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)，怎樣提高用電和數(shù)據(jù)傳輸效率，以及如何將人類的關(guān)系演變?yōu)榕c宇宙的關(guān)系—這是一個(gè)迷人而又充滿挑戰(zhàn)的命題，如能解決，也許我們即將迎來阿凡達(dá)的世紀(jì)。