阿尔法狗胜利的核心算法（阿尔法狗的胜利）

阿尔法狗与 iPhone 6

2014 年 9 月，苹果发布新手机 iPhone 6。全球手机用户都准备好了钞票和肾。

然而在 iPhone 6 现身后，许多人一眼瞄到的是那个凸起的摄像头：

有人感到很恼火：这是什么玩意儿？我不能接受那一块凸起的摄像头。乔布斯要是还在，绝不会允许这种情况出现。

为了更好的手感，苹果把 iPhone 6 做得非常薄，再搞个圆弧形的屏幕和机身边缘。至于手机是不是容易滑倒马桶里，他们才不在乎。但把手机做得更薄是一件难事，把摄像头做扁更难。突出的摄像头有复杂的电子原件：

为了手感和外观可以做薄手机，但相机的成像原件需要一定的空间，否则照片的质量无法保证。于是，苹果这家极度重视用户体验的公司做了这个突兀的摄像头，让无数的处女座和完美主义者茶饭不思。你想要不突出的摄像头？去买个厚一点的手机吧。

其实还是有办法的。比如优化镜头的光学结构，或者使用折射率更高的镜片，理论上都能够把摄像头做得更扁。但能扁到什么程度？最终总会到达一个极限值。

2014 年突出的摄像头是风向变化的开始。2016 年，我们已经在新的风口。

最近Google 的深度学习计算机 AlphaGo（人称阿尔法狗）以 4:1 战胜人类最好的棋手之一李世石，人工智能成为大家口中的热词，深度学习和神经网络被热烈讨论。但问题的另一面被忽视了：阿尔法狗其实是人类发现拥有的计算能力不足后，研究出的解决方案。

这种情况并不多见。

以往人们面对许多困难问题时，总有一个终极点子：暴力法（Brute Force Attack），反正有摩尔定律带来的大量计算资源，那就用这个海量计算能力去碾压眼前的问题吧。想做出一个能赢人类的国际象棋软件？用机器来暴力穷举所有可能的棋局，战胜人类冠军的「深蓝」电脑不就是这么做出来的么。

现在，围棋棋局的可能数量是 10 的 170 次方，这个数字甚至超过整个宇宙中原子的数量。这么夸张的复杂性，单凭暴力法已经不可能解决问题，突然之间，计算能力成了人类的限制。

然而，有了 Google 的大量资金在深度学习和神经网络算法上，阿尔法狗的胜利意味着在现有计算资源掣肘的局面下，通过新的算法可以取得远超想象的成果。相比起来，暴力法散发着一种原始的气息。

习惯了的科技进步

过去的 10 年里，我们亲身经历了一波科技浪潮，每一个人的生活方式都发生了巨变。

习惯了网购，习惯了薄如记事本的手提电脑，习惯了视网膜高清显示屏，习惯了掏出手机进行简单操作，就能接到电话并条件反射般说出自己的地址就能有车来接，习惯了吃饭的时候刷一下朋友圈的爆款文章，还习惯了科技公司的新品发布会：从乔布斯开始到现在，没开过个发布会都不好意思说自己是 CEO。

科技的剧烈发展似乎不像以往那样刺激了，成为了一种理所应当的事情：理所应当每年都会有更好的手机和电脑，理所应当新的手机和电脑都会更快速性能更好。例如最近的苹果公司发布会，虽然无论公司还是产品依旧伟大，我们已经没了那份激动。

所以要是我们告诉你，过不了几年，你的新手机和电脑的性能可能也不会变得比现在好多少了，你会怎么想？

并不是在夸大。再过一阵，全球半导体行业将正式宣布，摩尔定律很快就要结束它的生命和使命，成为历史的一部分。

摩尔定律跟我有什么关系？

摩尔定律是许多初次了解科技行业的人最先接触的概念。1965年，英特尔公司的创始人之一高登摩尔（Gordon Moore）在文章中预测：集成电路上的晶体管数量每一年就会翻一倍。很快这个预测被大家称为「摩尔定律」。

你能用自己的电脑和手机看小视频，上网，做 PPT，算财务模型，叫车叫外卖，约这个约那个，电脑和手机都在一刻不停地帮你做运算。这些运算的核心由设备的微处理器（Microprocessor）搞定，也常被叫做中央处理器（CPU）。它缔造了现代人的幸福生活。

微处理器是集成电路（Integrated Circuits）的一种，顾名思义，是「把一堆电路集成到一小块薄片上」。这块薄片上铺了大把大把的电路开关，用来执行电脑最基本的逻辑：开或关，1或0。这些电路开关是所有现代智能设备的最基础的组成部分，他们还有个名字，叫做晶体管（Transistors）。

制作微处理器和晶体管需要的最基本材料是半导体，最常用的最经济实惠的半导体就是硅。所以，微处理器、晶体管和硅是所有现代生活的发源和基石。所以，全球科技中心才会叫做硅谷而不是钛谷铝谷。

摩尔本人后来将芯片升级的周期修订为 2 年。1971 年，英特尔发布第一块商用微处理器 4004。它包涵了 2300 个晶体管，每个晶体管大约为人体红细胞的大小。从那时候开始，依照修订后的摩尔定律，集成电路上的晶体管数量每 2 年左右翻一倍。随后的 40 年，摩尔定律成了科技进步的核心推动力。一年一度晶体管数量的翻倍引起处理器运行速度的翻倍，进而带来硬件设备性能的翻倍和成本的缩减，进而为更加强大的软件、系统以及计算提供了可能。

今天，全世界已有 30 亿人使用智能手机。你手中的 iPhone 的计算处理能力甚至强于当年 NASA 登月计划的主计算机。（No offense, Android users.）

过去的 40 年几乎所有行业都被技术改造，源头是摩尔定律引发的计算能力大爆炸。就连测试核弹爆炸的次数都减少了：因为人们可以利用巨量的计算能力，在电脑上进行逼真的爆炸模拟。

今天，我们在潜意识中认为每年一次的手机升级和产品发布是理所应当的。是摩尔定律让我们有了这种近乎虚妄的感觉。

摩尔定律不是个定律

然而摩尔定律并不是个定律，它和「牛顿三定律」这种完全不是一回事。50年来，它的成立并不是由于物理上的局限，而是整个芯片行业的刻意选择和协商。

一直以来，新一代处理器出来后，开发者程序员们搞出新的软件，这些软件更充分地利用新设备的性能，也毫无保留地耗尽了这些性能。很快消费者发现自己的电脑和手机卡了。于是英特尔们接着努力，搞出新一代的处理器。

从 1990 年起，每隔 2 年，全球半导体行业会发布一个计划，他们自己把这个叫做路线图 Roadmap。每个文件的大意是说：「未来三年我们还跟之前的几十年一样，按照摩尔定律走，具体来说是 blah blah blah。希望大家都自律。」就这样，几十年来，全球芯片行业所有生产商和供应商联合起来，跟着摩尔定律走，这是在其他任何行业中都不曾见到的情景。

走到尽头的摩尔定律

事情出现了变化。半导体行业已经宣布，即将面世的行业路线图不会再依照摩尔定律。这意味着行业正式公开承认，摩尔定律很快就要结束了。

原因？原因是物理，就像是到一定程度就无法再薄的摄像头一样，是早已注定的结局。我们把这个叫做物理边界，有 3 个问题：尺寸，散热，成本。

尺寸

人类对尺度的理解能力是极弱的。例如，摩尔定律说芯片上的晶体管数量每两年翻一番，这是什么概念？大多数人无法从直觉上体会到。

举个例子。1965 年的某一天，小明下决心按照摩尔定律的指引跑步。那么他面临的情况是这样的：

两年之内，他每天只跑一个小型游泳池的长度：

两年后，他跑步的距离翻倍：

10 年后：

26 年后：

50 年后（也就是 2015 年）：

1971年，微处理器上每个晶体管的造价是 150 美元，2015 年的价格为 0.0003 美元。1971 年的每个芯片上有 2300 个晶体管，2015 年有 13 亿个。早期的晶体管将近有一个手掌大，如今最先进的英特尔芯片制造工艺中，晶体管的尺寸是14纳米：

实际上，14 纳米这个尺寸已经不是你找一个好的显微镜就能用肉眼观察到了。甚至可以说 14 纳米的晶体管是不可见的，因为这个尺寸已经小于可见光的波长。

如果摩尔定律继续生效，下一步会是什么尺寸？可能 10 纳米。如果英特尔要玩命，也许最终会达到 2 纳米，也就是 10 个原子并排放的宽度。

到了这个尺寸，人类芯片制造行业的经验已经不再适用了。这个尺寸属于量子物理的世界，这个世界有人类无法控制的不确定性，有上帝投出的骰子，还有薛定谔那只不死不活的猫。

（这张图看不懂欢迎留言啊：））

散热

尺寸小带来的另一个问题是散热。一位业内人士说：「曾经有一段时间日子超美好，那时候只要我们把尺寸缩小，好事儿自然来：芯片的计算能力会提升，能耗也会降低」。然而在 2000 年左右，晶体管尺寸缩减到 90 纳米（一根头发宽度的百分之一）的时候，芯片开始出现过热的状况，熟悉行业的人已经知道摩尔定律大势已去了。

为了解决过热的问题，芯片制造商采用了两个办法：

1. 限制微处理器执行计算机指令的速度（Clock Speed），从而限制了芯片中电子的速度；

2. 将集成电路分成多个核，这样降低每一个核的功率和发热。（所以其实你就没想过，为什么最近几年来听到这么多「4 核」「8 核」这种莫名其妙又不明觉厉的描述？）

这两个方法非常成功，至少摩尔定律没有在 15 年前就失效。现在，行业的普遍预计是，摩尔定律会在 2020 年左右结束。

成本

第三个问题是成本。芯片尺寸越小，晶体管越多，对于制造商来说，成本就越高。如今，依照摩尔定律的芯片升级每发生一回，整个生产线，包括所有配套设施，光刻仪器，全部都要翻新。今天一个尖端芯片工厂的造价大约为 70 亿美元，业内估计当芯片尺寸到 5 纳米时，工厂的造价为 160 亿美元，几乎是英特尔年收入的三分之一。

如果翻新的成本高于可能的收益，传统的微处理器升级就停滞了。从经济角度看，摩尔定律已经结束了。

摩尔定律失效意味着什么

摩尔定律失效，影响的绝不仅仅是芯片生产厂商，还包括其他所有在过去几十年内被科技潜移默化影响的行业，以及所有享受到科技便利的普通人。所有对未来有远大畅想的人，无论考虑的是人工智能、增强现实还是无人驾驶汽车，都要考虑这个问题。

Peter Thiel 有句名言说「我们多年前畅想的是会飞的汽车，但我们今天却只拥有让你输入 140 个字的输入框」。言下之意是我们期待的是足以影响现实生活的深层技术进步，但获得的却是一点线上的娱乐生活方式。

公平地说，虽然我们没有看到 Peter Thiel 呼吁的那个层次的科技进步，现实生活还是获得了极大改善，今天我们已经不能想象一个没有科技支撑的生活方式了。

有趣的是，虽然科技的飞速进步的原始驱动力是摩尔定律，但更加吸引人注意的是软件行业。

Peter Thiel 认为「140 字输入框」属于比特的进步，是互联网技术的进步，而「会飞的汽车」是原子的进步，也就是人们对现实物理世界的驾驭。他认为我们已经看够了互联网和软件的颠覆性，人们需要把一部分力量用在改善现实世界中。这是他自己的坚持，也是他做成如此多成功投资的重要原因：

有趣的是，所谓比特的进步，说到底却是由摩尔定律推动的，后者仍然是原子的进步，但人们往往忽略这一点，将目光集中在互联网上。美国的科技圈对这一点更加先知先觉。尤其在最近五年来，中美两国科技圈对同一事物的不同称呼，能够清楚反映这一点：在国内，人们更多会去谈「互联网」，而不是「科技」。国内说「互联网金融」，美国说「科技金融（Fin-tech）」，国内说「O2O（Online-to-offline）」，美国说「按需经济（On-demand Economy）」。

现在，我们总结出 3 个目前科技行业认同的解决办法。这些办法也是未来行业发展最重要的 3 个趋势。

软件行业的革新

暴力法的盛行其实是一种奢侈。就跟「何不食肉糜」一样，何不用暴力计算去碾压问题呢？反正有摩尔定律在，不愁机器性能不够，而且用不了多久更加强大的设备又要出现。这是摩尔定律带来负面心态，也造成了软件开发的浪费和低效。在经济上这很划算，虽然我的代码实现很糟糕，但没关系，可以凑合着用啊，过两年有了新设备就好办了。

长期来说这不是好事。因为这样看技术的进步更多是摩尔定律带来的更强计算能力、数据存储技术和网络带宽，软件和算法则相对滞后。

摩尔定律的终结意味着我们可以迎来软件行业的新时代。更多的资金和脑力会被用在像阿尔法狗这样的东西上。有了资源投入，我们很快会迎来更高效的编程语言、编译系统和应用设计。

我们预计软件行业会真正迎来它的成熟时期，工程师将更加关注代码的效率，以及如何更加聪明地利用现有资源做出不可思议的东西出来，例如阿尔法狗。

云计算

云计算这个词似乎都被人说烂了。但在摩尔定律即将失效时，它不再是一个概念，而是一种必然（回复本公众号「计算」查看我们的文章《下一代运算是什么样的？》）。越来越多的活动发生在移动端：手机、平板、智能手表和其他智能硬件，不仅要求设备更薄，芯片更加微小，而且要求移动设备不发热、低能耗、省电。

同时，以前的「电脑」是独立设备，所有计算能力都存在你的主机里面。软件好不好用还要看你的电脑性能有多少尽量。现在移动设备剧增，越来越多的计算能力被转移到云端。云计算曾经是一个流行语，现在却同时是科技行业不得不做的一件事情。

于是芯片厂商需要考虑的人分成了两部分：一方面是普通的消费者和他们越来越多的移动设备，再过一段时间，这一部分设备自身的计算性能很可能不会大幅提升了，但通过为需求和应用设计的芯片，可能会更加便携、省电、易用。另一方面是云计算的提供商，亚马逊 Google 微软们，他们不用考虑太多移动端的问题。对芯片厂商来说，这部分用户的占比会越来越大，也会越来越受重视。

总而言之，未来几年过了某一个时间点后，作为个人用户，你的所有需求都可以通过「设备 云端计算」这样的模式满足。你的随身设备自身的性能不会更强，除非你愿意接受更大的设备。

新硬件技术

也可以纯粹从硬件找出路。有这么几种可能性：

新的芯片架构

全球半导体行业目前的新策略是，他们忍够了，不打算像以前那样从摩尔定律出发搞些新的芯片出来，然后陷入那个被新软件剥削资源，然后被消费者骂，然后推出新芯片这个旧循环。

相反，他们会从应用出发，考虑手机、电脑以及各种数据中心的需求，然后向底层延伸，最终确定需要什么样的芯片来满足这些需求。所以会有越来越多具备特定功能的芯片，例如专门用作神经网络计算、图像识别、云计算，或者预先内置各种消费端需求，比如高通的系统芯片（System on a Chip）。

材料科学

有许多备选，例如矽锗合金（SiGe）和砷化铟镓（InGaAs），或者设计全新的芯片结构，例如纳米管、生物分子、自旋电子芯片。目前来看，难度都很大。

量子计算机

当然并不是没有其它的选择。刚才提到的晶体管最终缩小到2纳米后，主宰机器性能的将是量子物理。Google 搞的量子计算机 D-Wave 就是想以此为出发点找到全新的范式。到目前为止，无论多么高精尖的人类计算机，基本原件都是晶体管，相当于一个开关，有两种状态：1 和 0，或者开和关。而量子计算机的晶体管却有3种状态，0、1 以及「同时是 0 和 1」，或者说，开、关以及「同时是开和关」。

这个「同时是开和关」的状态是量子物理的态叠加原理（Superposition）。上面提到半死不活的猫就是薛定谔本人所讲的例子。显然，有了叠加态（以及量子纠缠），运算能力会远超普通计算机，前提是 Google 开发出有实用性的量子计算机。

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过去 50 年科技的稳定进步很美妙，当定律失效时，未来似乎显得有些黯淡。我们认为摩尔定律即将失效不意味着科技进步的停滞，而意味着变化本身的性质发生改变。再也没有一个「定律」去指引大家按部就班地升级。这种确定性正在被逐渐消除，这迫使人们追寻新的思路和手段。下一个爆发性的变化可能会发生在其他任何地方。未来有很多挑战，但也会更有趣。

所以，摩尔定律的终结不是进步的终结。言下之意是，我并没有说你没办法买到更好的手机了。

—End—

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——by 吐血弄了半年的设计师Pony

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