1900年普朗克為了克服經(jīng)典理論解釋黑體輻射規(guī)律的困難,引入了能量子概念,為量子理論奠定了基石。隨后,愛因斯坦針對光電效應(yīng)實驗與經(jīng)典理論的矛盾,提出了光量子假說,并在固體比熱問題上成功地運用了能量子概念,為量子理論的發(fā)展打開了局面。 ![]() 我們之前提出一個宏觀視角即從熵的角度理解計算:計算可以認(rèn)為是以電能和原始數(shù)據(jù)為原材料,把無序數(shù)據(jù)變得有序和價值化的熵減行為,計算需求與能源消耗是一一對應(yīng)的。 那在微觀世界的計算行為是什么樣的呢?我們把計算分為三個主要過程,即電能傳遞、芯片計算、熱能耗散。基于量子理論,我們拓展出了新的視角: 首先,電能通過電線傳遞給芯片,這個過程是由電子來完成的,基于量子理論,實際上可以理解為環(huán)繞金屬原子的電子在能量的驅(qū)動下從導(dǎo)線的一頭向另一頭依次發(fā)生躍遷而間接的實現(xiàn)了能量的快速傳遞。 然后,芯片利用電能完成了計算任務(wù),這個過程中芯片的軟件算法和硬件結(jié)構(gòu)可以理解為對能源的消耗進(jìn)行編碼,按照編碼方式消耗掉電能就可以得出預(yù)先想要的一個結(jié)果。 最后,芯片完成計算后會產(chǎn)生熱,宏觀世界的表現(xiàn)是通過芯片100的電能變成99.9以上的熱能和很小一部分電磁波,而在微觀世界里就是驅(qū)動電子不斷躍遷變化的能量由于性質(zhì)發(fā)生變化無法使金屬原子周圍的電子繼續(xù)躍遷而以熱能形式傳遞到周圍環(huán)境空氣中去。 基于量子理論和相對論,我們可以對很多早期的物理概念進(jìn)行延伸:質(zhì)量守恒就是能量守恒,各種粒子(原子、電子、光子)都是能量的不同表現(xiàn)形式,所有能量的變化都傾向于轉(zhuǎn)變成熱能而趨于穩(wěn)定。 回到宏觀世界,我們知道社會的發(fā)展本質(zhì)上都是靠能量推動蒸汽-電力,科技的進(jìn)步本質(zhì)上就是發(fā)現(xiàn)更多的能量并提升能量的利用效率,計算和算力作為更高效的能量利用方式必將在未來社會發(fā)展中的作用越來越大。在工業(yè)革命時代伴隨著石油的發(fā)現(xiàn)和利用,在商業(yè)世界誕生了有史以來最大的巨頭——標(biāo)準(zhǔn)石油特拉斯,我們相信在未來一定會產(chǎn)生一個同樣的巨頭為計算提供能源服務(wù)。 當(dāng)前社會對能源的需求主要表現(xiàn)在電力、石油和熱力,這些是支撐社會正常運行和人類正常生活的基礎(chǔ)要素,但很多人還沒有察覺的是現(xiàn)在我們對算力的需求已經(jīng)無處不在,手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、軟件等各項服務(wù)都是基于算力實現(xiàn),而且對算力的需求在指數(shù)級增長,這也正是我們國家提出“新基建”的重要之處。 除了不但尋找更多的能源供給例如清潔能源,能源作為一種有限稀缺資源,我們一直以來都想盡一切辦法提升使用效率,所以我們看到新技術(shù)在各個領(lǐng)域不斷出現(xiàn),在計算領(lǐng)域也一樣:芯片也在不斷進(jìn)化來降低功耗比。隨著技術(shù)和成本的瓶頸,除了提升效率外,能源再利用也越來越被重視。所以我們在工業(yè)領(lǐng)域看到了高品位熱的余熱利用,那在計算領(lǐng)域是否有這樣的機(jī)會?答案是肯定的!因為人們對算力的需求同時,背后是對電力的大量需求并產(chǎn)生對應(yīng)數(shù)量的熱量,這些熱量以往需要消耗更多的電力去散熱,現(xiàn)在我們可以把它們收集起來其滿足熱力需求,這樣既實現(xiàn)了能源的二次利用又降低了各方需求的成本。 從量子理論的視角,人們對基于電力的熱量需求本質(zhì)上就是電子的電能轉(zhuǎn)變成熱能的過程,芯片計算很有可能是實現(xiàn)這一路徑的最優(yōu)過程,因為可以既完成計算任務(wù)又解決芯片的散熱需求和人們的供熱需求 。 按照我們之前的能源利潤效率理論,能源利潤效率Efficiency of Energy ProfitEPE=收入-能源成本/ 時間,社會會向能源利潤效率不斷提升的方向進(jìn)化。例如,互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)將大量的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳遞,這樣既節(jié)約了信息傳遞的成本又縮短了傳遞時間,同時巨大的算力又可以快速處理海量的數(shù)據(jù)得到更有價值的信息,這無疑大大提升了能源利潤效率。 如果要想再進(jìn)一步提升能源利潤效率,社會該如何進(jìn)化?反觀我們現(xiàn)實生活的痛點,主要表現(xiàn)在兩方面:1. 時間和空間還是人類活動的最大局限;2. 算力增速還是無法滿足指數(shù)級增長的計算需求。 從馬車到高鐵飛機(jī)再到宇宙飛船,人類的活動空間和位移速度大大增加,移動所需的時間也隨著技術(shù)的進(jìn)步被逐步縮短,但是飛機(jī)還是會晚點,從北京到紐約還是需要半天的時間;互聯(lián)網(wǎng)鏈接和存儲了世界各地海量的信息,強(qiáng)大的搜索引擎可以讓你隨時隨地知道全世界發(fā)生的幾乎所有事情,但是人與人之間和人與機(jī)器之間的信息傳遞還是需要不同的語言經(jīng)過編譯、理解轉(zhuǎn)化為對方可以理解的有效信息;超級計算機(jī)可以解決很多以往人類無法解決的難題,AlphaGo可以戰(zhàn)勝人類圍棋大師,但是還是無法計算出整個30億個堿基對組成的基因序列的內(nèi)在奧秘以及宇宙中無數(shù)恒星的演化問題;科技尤其是醫(yī)學(xué)的進(jìn)步大大延長了當(dāng)代人類的平均壽命,但是每個人還是面臨衰老和死亡,而一旦死亡,大腦中所有的信息和意識將無法存儲和延續(xù)。 從生物學(xué)角度,人類大腦的處理流程與計算機(jī)類似,是一個由不同的信號視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺輸入大腦,按照不同的編譯程序邏輯思維處理,并將結(jié)果輸出的過程,這個處理的過程可以用儀器檢測到不同電信號的變化;同樣,一個小小的DNA儲存了海量的生物信息,在足夠能量的支持下可以最終編譯表達(dá)出一個完整的具有意識的人類個體。正如電影《超驗駭客》中的劇情一樣,我們不禁聯(lián)想,如果有足夠的強(qiáng)的算力和足夠先進(jìn)的腦機(jī)接口技術(shù),人類是否就可以將意識轉(zhuǎn)移,以此突破了碳基生命的時間和空間邊界,基于更加強(qiáng)大的算力在硅基世界無限暢游? 回到當(dāng)下,我們要思考的是,即使這樣的平行世界終有一天可以變?yōu)楝F(xiàn)實,那么推動它實現(xiàn)的必備要素有哪些?我們認(rèn)為,無論是現(xiàn)實世界的進(jìn)一步進(jìn)化,還是平行世界的最終實現(xiàn),都有三個最基礎(chǔ)的必備要素: 1.算力 隨著時間的推移,我們將會不斷產(chǎn)生天量的數(shù)據(jù),需要越來越強(qiáng)大的算力來處理這些數(shù)據(jù)并產(chǎn)生更有價值的信息。算力正在實現(xiàn)全方位的傳統(tǒng)替代:信息的處理手工到計算機(jī),信息的傳遞車馬到網(wǎng)絡(luò),價值的傳遞黃金法幣到數(shù)字資產(chǎn),強(qiáng)大的算力可以在相同時間內(nèi)處理更大數(shù)量的數(shù)據(jù),同時降低處理相同數(shù)量數(shù)據(jù)所消耗的時間和能量。算力強(qiáng)大到一定程度,可以瞬間模擬出整個地球的全部細(xì)節(jié),小到其中某一戶居民窗臺的一粒灰塵,并可以計算出全部可能的變化方向包括這粒灰塵應(yīng)該飄落的地方。 算力是基于電力和熱力的,芯片和其所集成的算法就像是一種編譯過的能量使用說明,利用電力將數(shù)據(jù)按照設(shè)定好的方式處理并反饋結(jié)果,同時電能也被全部轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)到空氣中。 2.電力 電力清潔可持續(xù)、易存儲易傳輸、高能量密度的特性,使其成為應(yīng)用前景最廣的二次能源。從互聯(lián)網(wǎng)信息的傳遞,到電動汽車和機(jī)械手臂,電力既是數(shù)字世界的源動力,也在逐步成為現(xiàn)實世界的核心驅(qū)動力。全世界都在集中力量推動清潔發(fā)電和電能替代的全面普及,光伏電、風(fēng)電、水電作為清潔可持續(xù)的發(fā)電方式,將會逐步成為發(fā)電的主要途徑。 按照目前的發(fā)展趨勢,電力將成為最核心的終端消費能源,同時作為算力的基礎(chǔ),不斷增長的算力一定要消耗更多的電力,因此電力生產(chǎn)消費相關(guān)的每個環(huán)節(jié)發(fā)電、輸電、儲電、耗電都有很大空間進(jìn)一步優(yōu)化。 3.熱力 熱力學(xué)定理延伸開,我們會發(fā)現(xiàn)人類自始至終都在解決熱力的問題:人類從食物中汲取碳水化合物,在體內(nèi)分解為能量維持生命的延續(xù);遠(yuǎn)古時期通過火的加熱讓蛋白質(zhì)更容易消化吸收,推動原始人類智力的提升;生物的生存需要取暖和熱水,熱力的使用擴(kuò)展了生物在寒冷地帶的生存邊界,農(nóng)作物冬天可以在暖棚中繼續(xù)生長,人類甚至可以在接近于絕對零度的宇宙空間翱翔;火力發(fā)電是利用燃料產(chǎn)生的熱量推動渦輪的旋轉(zhuǎn),但還面臨著機(jī)組冷卻的嚴(yán)峻問題;電力傳輸要盡可能地減少阻力,電阻過大將會導(dǎo)致電力傳輸中轉(zhuǎn)變成大量的熱,既是電力的浪費又造成火災(zāi)的風(fēng)險;芯片計算產(chǎn)生的大量熱量,需要快速的散掉以保證芯片能夠繼續(xù)穩(wěn)定工作。 更高效的散熱方式和更低成本的熱量供給,將會繼續(xù)貫穿人類社會的發(fā)展進(jìn)步,也是能源利潤效率提升的必由之路。 我們SAI賽熱科技基于這樣的理念,不斷進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和商業(yè)探索,推出了我們的產(chǎn)品SAI算能中心,基于芯片能源科技降低算力、熱力、電力三大核心成本。SAI算能中心可以實現(xiàn)算力、熱力、電力的三網(wǎng)聯(lián)供并組成一張大的算能網(wǎng),分布在城市各個區(qū)域和全球各個地方。相信通過我們的不斷努力,我們能夠通過SAI算能中心為更多的人降低算力、電力、熱力成本,為社會創(chuàng)造更多價值。期待未來科技的進(jìn)步,人類可以在算力、電力、熱力方面實現(xiàn)巨大飛躍,讓每個人都能使用到更加清潔實惠的算力、電力和熱力資源,并基于此能夠真正有機(jī)會實現(xiàn)更加完美優(yōu)越的平行世界。 |