挖土党之五:从可穿戴设备到量子计算机——2020年的硅谷

分享一个邮件。本篇挖土党之五受到了雪球大神@trustno1 的强烈影响,特此声明,原文(《IT滚雪球》)更加精彩,原文主要讨论的是在软件和硬件领域如何实现长期增长,区分了坡的长度和雪够不够湿的问题,我关心的更多的是视觉极限对坡的长度的影响。可惜我始终不太明白科技股,就当是给大神画图了,嘿嘿,轻拍。
不过,我不是特别赞成转向听觉等领域的看法,我始终觉得,既然人是视觉动物,对视觉需求的挖掘,应该始终是第一位的,听觉和语言需求,满足的是解放双手的舒适需求,是不能够替代视觉需求的。

$微软(MSFT)$ $英特尔(INTC)$ $英伟达(NVDA)$ $苹果(AAPL)$ $谷歌(GOOG)$

这回挖土党要从画图开始,关于画图的历史,请参考各种没有节操的 草甘膦请你从了巨化 系列。

不过这次画的图都是些响当当的科技股,请看:微软与英特尔(Wintel)、英伟达(NVIDIA)、苹果公司,曾经分别在5年中上涨7~12倍,其各自股价的顶峰,在2000(Wintel)、2007(NVIDIA)、2012(Apple)年,请记住这几个日子,我们后面会讲到。

这背后起作用的是什么力量呢?是摩尔定律和人类的视觉极限。

摩尔定律说的是:集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一倍。其实质,是硅片工业提供的计算能力极限的增长速度。

按照摩尔定律,计算能力的提升是指数式的,这就造成了周期性的计算能力过剩,谁能够消化这种过剩,谁就能站在浪潮之巅。

在微软与Intel的时代,PC机大行其道,CPU主频从80286时代的约5MHz上升到目前的3.6GHz。Wintel时代的转折点在2000年,主频的增长明显滞后于晶体管数目的增长,即CPU主频上升已经无法容纳过剩的计算能力。

这之后,NVIDIA的GeForce系列图形处理器,将电脑中处理图像输出的运算独立出来,使显卡减少了对CPU的依赖,极大地提升了显示性能,也成为三维图形处理的必需部件。NVIDIA图形处理器的转折点在2006年,其核心时钟主频的增长同样开始滞后于晶体管数目的增长,即GPU主频上升也已经无法容纳过剩的计算能力。

NVIDIA的状况启示我们,人类视觉的极限是硬件无法容纳过剩计算能力的根源。即一旦应用达到了人眼分辨的极限能力,就不再有超高速的增长前景了。

如果我们回顾2000年的PC可以发现,当时的Windows XP操作系统可以支持屏幕显示1024×768分辨率,32位真彩色,这同样接近了人眼对于静态画面的视觉极限,即便10年后,主流的分辨率不过1280×800,仍然是32位真彩色。在NVIDIA这里,视觉的极限是对动态图像的分辨极限,除此之外,并无不同。

左图为Intel历代CPU芯片的主频,右图为NVIDIA历代GPU核心时钟频率,分别对比摩尔定律中的晶体管数目变化,转折点分别出现在2000年和2006年,之后1年之内股价即出现历史最高点。

图中的斜率代表了增长速度,在Wintel、NVIDIA辉煌的年代,他们的速度都与摩尔定律相匹配,在撞上了各自的视觉极限之墙之后都降了下来,苹果呢?
苹果复兴终结的原因,到底是不是乔布斯的去世呢?我看不是,乔布斯即使在世也难以改变目前的局面,因为苹果创造了自己的视觉极限,即视网膜屏(Retina显示屏)。

说到可穿戴设备,我最看好谷歌眼镜,因为目前的开发者版本分辨率仅为640×360,未来的扩展空间极大,谷歌还有很长的海滩可以去冲浪。而苹果的 iPad mini 和 iWatch 似乎走错了方向,以Retina显示屏的设计思路来看,越小的显示器对计算能力的要求越低,苹果的下一代产品,包括可穿戴设备都没有利用过剩计算能力的潜力。

谷歌眼镜对过剩计算能力的利用,将建立谷歌在未来5~10年增长的基础。

谷歌眼镜将可能拓展计算能力的应用,直到撞到自己的视觉极限。那么为什么视觉极限这么重要呢?如果你问我,我会告诉你,人是视觉动物,视觉相关的神经占大脑的比例,远远超过其他感官,甚至超过其他感官的总和。开发与视觉相关的可穿戴设备的前景,要远远好过其他设备

让我们来算一算视觉极限

令\alpha为人眼视角最小极限,大约是1分(1/60度),按照视角最小极限是1/2个像素计算,tan(\alpha/2) = d/4h = 1/(4h×ppi),h是人眼到显示器的距离,普通电脑h大约是40cm,也就是约16英寸,d是像素直径(单位是英寸),ppi是每英寸的像素数目,这样计算ppi是大约100(你按照16英寸计算是107),一个15寸屏,长宽比是16:10的话,长宽大概是12.5英寸和8英寸,100的ppi意味着大约1280×800,这是PC时代。这个时代的意义是,你的眼睛不能分辨像素边缘与像素中心发射的光,这样你就看不到像素的形状了

到了iPhone时代,有两点不同,第一是人眼到显示器的距离h变成了大约25cm,即10英寸左右,第二是乔布斯说了,我们要搞视角最小极限是1个像素的显示器,因为这样人就无法区分相邻的像素了,那么公式就变成了tan(\alpha/2) = d/2h = 1/(2h×ppi),按照这个公式,10英寸计算的ppi大概是330(你按照10英寸计算是343),一个3.5寸屏,长宽比是3:2的话,长宽大概是3英寸和2英寸,300的ppi就是大概1000×700,实际上第一个采用Retina显示屏的iPhone 4是960×640。这个时代的意义是,你不能分辨临近2个像素发出的光,这样你根本看不到像素的边缘了,像素连在了一起

当然,下一步的视觉极限,其实就是视角的最小极限之内容纳2个像素,这样你根本看不到像素,如果颜色合适,你会看到完美的自然图像,在明视距离上也就是ppi达到约600,不过,谷歌眼镜会把距离缩小到1英寸左右的尺度上,这就意味着理论上的ppi会达到5000以上,这会提出极大的计算能力的需求,因为较高的ppi乘以刷新率,就是对运算速度的要求。


但我更想讨论的是摩尔定律的终结,目前集成电路芯片上的电路宽度约为20纳米,而量子力学预测的电路极限是5纳米,当电路宽度低于5纳米时,由于海森堡不确定性原理的作用,电子将溢出电路,弥漫到电路之外的空间之中,使任何传统的电子学原理都不再起作用。那时硅谷将失去存在的基础。

那么末日何时到来呢?

从20纳米到5纳米,蚀刻精度变为4倍,意味着单位面积上的晶体管会变为原来的16倍,按照摩尔定律,单位面积上的晶体管每18个月会变为原来的2倍,即需要:18个月× 4 = 72个月 = 6年。

也就是说,在2013+6=2019,即2020年之前,我们将迎来摩尔定律的终结,那一天硅谷将山崩地裂,江河倒流,因为那一天将是集成电路工业的末日。

6年,并不遥远!

我们终将告别硅谷和摩尔定律的时代,迎来量子计算机的诞生。

计算机科学的根本在于2进制的数学,即建立在bit基础上,非0即1的逻辑体系,每一个数据和每一次运算,每一个计算单元都要么是0要么是1,但量子计算机的每一个数位都在0和1的状态之间,即由于“薛定谔的猫”,量子计算机的每一个计算单元,都处于0和1叠加的状态。

第一个掌握量子计算机的国家,将会在8秒到22小时之内破解任何其他国家的军用防火墙;80年代手持计算器芯片的计算能力超过了人类第一台计算机ENIAC,量子计算机出现之后,一台个人电脑的计算能力将超过目前造价数十亿美元的超级计算机。

也许你会说,量子计算机还很遥远,是一个幻想。那么不要忘记,硅谷的极限在2020年,也就是说,6年之后如何量子计算机不能投入使用,硅谷就走到头了。

不要低估科技的发展速度,2004年,维也纳大学将量子隐形传输的纪录(你没看错,就是星际迷航或者机器猫的任意门那种东西)提高到了600米,传输的是光粒子; 2006年,马普所的科学家们将实体例子的信息传输了约0.5米,这也打破了量子传输只能用于光粒子的偏见; 2007年,澳大利亚科学家传送了5000个铷原子……

2015年我们将可能看到传输第一个分子,未来甚至是DNA分子,量子传输的物理学基础与量子计算机是互通的,量子传输的研究突破,就意味着我们离量子计算机的时代越来越近了。

anyway,我不是研究科技公司的,以上纯属一个热爱挖掘历史、清洗数据、画出忽悠大家的图表的不靠谱分析师的想象……
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全部评论

BANKBANK2017-05-22 06:01

@二分之一自旋 。你觉的这篇文章关于技术分析的部分是否正确?

可乐123的天空2014-09-15 11:07

好文!

Jims邦德2014-09-12 19:47

科幻小说的味道啊

哈哈镜-显微镜2014-09-12 17:12

学习

吃不胖的李胖子2014-09-12 11:28

想起一本书:<<信息简史>>