计算机的未来是什么?

浏览次数: 作者: 来源:未知 日期:2019-06-07
1958年,一位名叫杰克基尔比的德州仪器工程师在11毫米长的半导体锗“芯片”表面上投射了一个图案,创造了第一个集成电路。由于该电路包含一个晶体管 - 一种微型开关 - 芯片可以容纳一个“位”数据:1或0,具体取决于晶体管的配置。

从那时起,工程师们每两年就能将计算机芯片上的晶体管数量增加一倍,并且具有不懈的一致性。他们通过定期减半晶体管的尺寸来做到这一点。今天,经过几十次这种倍增和减半规则的迭代后,晶体管只能测量几个原子,而典型的计算机芯片每平方毫米可容纳900万个原子。具有更多晶体管的计算机每秒可以执行更多的计算(因为有更多的晶体管可用于点火),因此功能更强大。每两年计算能力翻一番被称为“摩尔定律”,而英国工程师戈登·摩尔(Gordon Moore)在1965年首次注意到这一趋势之后。

摩尔定律使得去年的笔记本电脑型号不复存在,毫无疑问,与今天相比,明年的科技设备将会惊人地小而快。但抛开消费主义,计算能力的指数增长最终会走向何方?计算机最终会超过人类吗?他们会不会变得更强大?
奇点

许多科学家认为计算能力的指数增长不可避免地导致未来计算机将获得人类智能的时刻:一种被称为“奇点”的事件。根据一些人的说法,时间已近了。

物理学家,作家和自称为“未来主义者”的Ray Kurzweil预测,计算机将在二十年内与人类相提并论。他去年告诉时代杂志,到20世纪20年代中期,工程师将成功地对人脑进行逆向工程,到那个十年结束时,计算机将能够提供人类智能。

结论是将摩尔定律推向未来。如果计算能力每两年增加一倍,那么“到2030年,无论我们使用什么技术都足够小,我们可以将人类大脑中的所有计算能力都调整为大脑的物理体积, “海军研究生院计算机科学杰出教授兼计算机创新专家Peter Denning解释道。“未来主义者相信这就是人工智能所需要的。在这一点上,计算机开始为自己思考。” [ 如何建立人脑 ]

接下来发生的事情是不确定的 - 自从计算开始以来一直是推测的主题。

“一旦机器思维方法开始,就不会花费很长时间才能超越我们微弱的力量,”阿兰图灵在1951年在英国曼彻斯特大学举行的题为“智能机械:异端理论”的演讲中说道。“因此,在某个阶段我们应该期望机器能够控制。” 英国数学家IJ Good假设“超智能”机器一旦创建,就可以设计出更好的机器。“毫无疑问,这将成为'情报爆炸',人类的智慧将远远落后。因此,第一台超智能机器是人类需要做的最后一项发明,”他写道。

关于即将到来的奇点的嗡嗡声升级到这样一种说法:下个月甚至会出现一本名为“Singularity Rising”(BenBella Books)的书,由史密斯学院经济学副教授James Miller讲述如何在后奇点世界。

大脑般的处理

但并不是每个人都把这种奇点放在这个概念中,或者认为我们会达到它。“许多大脑科学家现在都相信大脑的复杂性是如此之大,以至于即使我们可以建造一个模仿结构的计算机,我们仍然不知道我们建造的东西是否能够作为大脑发挥作用,”丹宁告诉生命的小秘密。也许没有来自外部世界的感官输入,计算机永远不会变得自我意识。

其他人认为摩尔定律很快就会失效,或者已经失效了。这种争论源于这样一个事实,即工程师们不能将晶体管小型化,因为他们已经在推动原子极限。”当晶体管中只有几个原子时,你就不能再保证几个原子的行为是他们应该做的,”丹宁解释说。在原子尺度上,奇异的量子效应晶体管不再保持由“1”或“0”表示的单个状态,而是在两个状态之间不可预测地摆动,使得电路和数据存储不可靠。Denning说,另一个限制因素是,当晶体管在状态之间切换时,晶体管发热,当晶体管太多,无论尺寸大小,都挤在一块硅芯片上时,它们共同发出的热量会使芯片熔化。

由于这些原因,一些科学家表示计算能力正在接近其顶峰。“我们已经看到了摩尔定律的放缓,”理论物理学家Michio Kaku 在5月份的BigThink讲座中说道。

但如果是这样的话,这对许多人来说都是新闻。研究技术发展的牛津大学数学教授Doyne Farmer表示,几乎没有证据表明摩尔定律的终结。“我愿意打赌,没有足够的数据得出结论,已经观察到[摩尔定律]的放缓,”Farmer告诉Life's Little Mysteries。他说计算机变得越来越强大,因为它们变得更像大脑。

Farmer说,计算机已经可以比人类更快地执行单个操作的数量级。同时,人脑在并行处理或同时执行多个操作方面仍然优越得多。在过去半个世纪的大部分时间里,工程师通过增加处理器中的晶体管数量来使计算机更快,但他们最近才开始“并行化”计算机处理器。为了解决个别处理器无法装满额外晶体管这一事实,工程师已经开始通过构建多核处理器或并行执行计算的芯片系统来提高计算能力。“这可以控制散热问题,因为你可以慢下来,“丹宁解释道。“想象一下,每当处理器的时钟响起,晶体管就会发射。

而且因为并行化是复杂性的关键,“从某种意义上说,多核处理器让计算机更像大脑,”Farmer告诉Life's Little Mysteries。

然后是量子计算的未来可能性,量子计算是一个相对较新的领域,试图利用量子态中固有的不确定性来执行比当今计算机可行的更复杂的计算。传统计算机以比特存储信息,而量子计算机以量子比特存储信息:粒子,例如原子或光子,其状态彼此“纠缠”,因此对一个粒子的改变会影响所有其他粒子的状态。通过纠缠,在量子计算机上执行的单个操作理论上允许瞬间执行不可思议的大量计算,

他们说,如果物理学家设法利用量子计算机的潜力 - 他们正在努力做的事情 - 摩尔定律肯定会在未来很遥远。

终极限制

如果摩尔定律确实存在,并且计算机能力继续呈指数级增长(通过人类的聪明才智或在其自身的超智能蒸汽下),那么进展将被迫停止吗?物理学家Lawrence Krauss和Glenn Starkman说“是的”。在2005年,他们计算出摩尔定律只能在计算机实际耗尽宇宙中的物质和能量以用作比特之前存在很长时间。最终,计算机将无法进一步扩展; 他们将无法选择足够的材料来每两年将其位数加倍,因为宇宙将加速分开太快而无法赶上并包含更多内容。

那么,如果摩尔定律继续像目前一样准确,Krauss和Starkman何时说计算机必须停止增长?预测表明,计算机将包含整个可到达的宇宙,在600年后将物质和能量的每一部分转化为其电路的一部分。

这似乎很快就会出现。“尽管如此,摩尔定律是一种指数定律,”凯斯西方大学的物理学家斯塔克曼告诉生命的小谜团。在需要整个Universe之前,您只能将位数加倍。

就个人而言,斯塔克曼认为摩尔定律在最终的计算机吃掉宇宙之前很久就会崩溃。事实上,他认为计算机将在大约30年内停止变得更强大。最终,没有人知道会发生什么。我们可能会达到奇点 - 当计算机变得有意识,接管,然后开始自我提升时。或许我们不会。本月,丹宁在“ACM通讯”杂志上发表了一篇新论文,名为“如果你无法预测未来,就不要感到难过”。这是关于过去曾试图这样做的所有人,但都失败了。
 

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