世界首款微處理器問世50周年 計算機能力增長超10億倍

今天是英特爾 4004 微處理器問世 50 周年。1971 年 11 月 15 日，世界首款微處理器英特爾 4004 微處理器問世，隨之改變了世界?？梢哉f，自 1971 年以來人類創(chuàng)造的大部分財富都是英特爾 4004 微處理器的成果。

從英特爾 4004 微處理器以來，微處理器將計算機從裝有笨重制冷設(shè)備的房間中解放出來，將計算能力釋放到最需要的地方。從那以后，人們的生活水平開始成倍提高。

當(dāng)時，IBM 的大型計算機都放置在密閉房間里，而且價格非常昂貴，公司使用氬氣而不是水來撲滅計算機房火災(zāi)。工人們被告知在接到警報后立即撤離，以免毒氣使他們窒息。計算機運算時需要向讀卡器輸入一疊打孔卡片，并通過笨重的電傳打字機輸入簡單的命令，這是人們與 IBM 計算機交互的唯一方式。商用電子產(chǎn)品制造商 Digital Equipment 向?qū)嶒炇液娃k公室出售的所謂 PDP-8 微型計算機重達 113 公斤。

1969 年，日本計算機公司 Nippon Calculating Machine 要求英特爾為旗下一種新的打印計算器設(shè)計 12 塊定制芯片。工程師費德里科?費金 (Federico Faggin)、斯坦利?馬佐爾 (Stanley Mazor) 和特德?霍夫 (Ted Hoff) 厭倦為不同公司設(shè)計不同芯片，建議將芯片種類改成四種，其中包括一種可用于多種產(chǎn)品的可編程芯片。他們只用2300 個晶體管就開發(fā)出英特爾 4004 微處理器。這款微處理器有 4 位，時鐘速度為 750 千赫茲，每秒可以做大約 92000 次運算。

英特爾在 1972 年又推出了 8 位的 8008 微處理器，內(nèi)置 3500 個晶體管;1978 年發(fā)布 16 位的 8086 微處理器，包含 29000 個晶體管，每秒可進行 71 萬次運算。IBM 在第一臺個人計算機中選用的就是英特爾隨后發(fā)布的新款 8088 微處理器。相比之下，現(xiàn)在蘋果新款 M1 Max 處理器擁有 570 億個晶體管，每秒可執(zhí)行 10.4 萬億次浮點運算。這意味著計算機能力在 50 年內(nèi)至少增長了 10 億倍。

現(xiàn)在，微處理器可以說是人類智慧的微型發(fā)動機，可以運行拓展到數(shù)十億臺設(shè)備的智能代碼，每年都會變得更小、更快、更便宜、能耗更低。如今的汽車通常需要多達 50 塊微處理器才能上路。鑒于目前的全球芯片短缺問題，許多車都在等待芯片才能出廠下線。

微處理器驅(qū)動的移動計算技術(shù)為智能手機、機器人真空吸塵器、自動駕駛汽車、作物濕度傳感器、甚至是追蹤鳥類遷徙模式的 GPS 鋪平了發(fā)展道路。其還創(chuàng)造出一個能無限更新的世界：在無需調(diào)整硬件的情況下修復(fù)問題、推出新功能。

由此而來的硬件和軟件分離，設(shè)計和控制分離建立起全球供應(yīng)鏈。蘋果可以在加州設(shè)計iPhone，在全世界任何地方進行生產(chǎn)，并在生產(chǎn)過程的任何時候添加軟件。

可以說，1971 年以來人類所創(chuàng)造的大部分財富都是英特爾 4004 微處理器的結(jié)果。所有零售商都會詢問大型商超的智能庫存系統(tǒng);所有資源開采都離不開搭載微處理器的智能機器。

50 年后，微處理器的發(fā)展是否達到了極限?在過去的 20 年時間里，微處理器通過在每個芯片上增加更多計算內(nèi)核來提高性能。蘋果 M1 Max 有 16 個處理器內(nèi)核;通常用于人工智能和比特幣挖掘的圖形處理單元可以有數(shù)千個處理器內(nèi)核。

總有一天，戈登?摩爾(Gordon Moore)于 1965 年提出的摩爾定律將不再適用;總有一天，約翰?馮?諾伊曼(John von Neumann)于 1945 年首次提出的處理器和內(nèi)存架構(gòu)將不再滿足計算需求。所幸，人類至少還有 10 年或 20 年的時間從目前的芯片技術(shù)和計算機架構(gòu)中擠出更多效益。

計算領(lǐng)域并非一成不變的。無論是亞馬遜數(shù)字助理 Alexa 用來識別聲音的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，還是谷歌用來識別照片中人臉的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都不會取代微處理器，但它們可能會成為一種互補技術(shù)，在未來 50 年里不斷發(fā)展壯大。谷歌即將推出下一代人工智能芯片 Tensor，可以說就是能放進口袋里的人工智能加速器，一個屬于用戶的個人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人們能用它來做什么?這個問題就像第一次看到英特爾 4004 微處理器，被問到除了計算器，將來微處理器還會被用來做什么。不同人的答案可能相差十億倍。

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