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後智慧手机年代:每个人都是工程师
美国加州大学柏克莱分校教授Jan Rabaey,谈智慧手机

【作者: Jan Rabaey】2019年03月08日 星期五

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图一 : 美国加州大学柏克莱分校教授Jan Rabaey
图一 : 美国加州大学柏克莱分校教授Jan Rabaey

即使进入了九十年代,仍有很多人都被说服行动科技是毫无意义的。这件事显示了我们在预测自身的需求上,有麽多糟糕。而现在我们正进入後智慧手机的年代。Jan Rabaey他是美国加州大学伯克利分校的杰出教授,他将带我们进入一个无定形/分化的行动设备世界,并详细阐述这会对系统和半导体技术设计所产生的结果。他还说明了我们将如何增加能够建立自有技术设备的能力。


到了2035年,会不会每个人都是工程师?


去整合中(Disintegrating)的智慧手机

任何企图去解答IT在未来社会中的角色的人,应该要基於那些无所不在的科技,只要看看目前一辆新车中被整合的大量感测器和监视器,它让我们一窥我有多少的感测器和启动器会被用在整体的环境中。此外,我们作为一个人类,也将会进一步的被连结在一起。智慧型手机的年代已经带来了一些不可逆的改变,而它们也将不会再回头。


然而,智慧手机本身绝不是一个最隹的装置,它的麦克风距离你的嘴巴不够近,反而更靠近你的下巴,而从天线发出的无线讯号,也会被我们的头部所干扰,而且也把辐射源头靠到我们的脑部。但当你要操作你的智慧型手机,你又必须从耳边将它移开,所以你不能同时进行对话。因此不意外的,很多人不再把智慧手机放在他们的耳朵边,而是放在面前,开启扩音对话。



图二 : 然而,智慧手机本身绝不是一个最隹的装置,它的麦克风距离你的嘴巴不够近,反而更靠近你的下巴。
图二 : 然而,智慧手机本身绝不是一个最隹的装置,它的麦克风距离你的嘴巴不够近,反而更靠近你的下巴。

这也是为什麽未来智慧手机将会被去整合(disintegrate),并非完全不可想像的,所有主要的装置和功能,将会逐渐地分开。智慧手表会成为一部分的使用介面,耳机会用来传递声音,麦克风可以是人造牙冠包覆在牙齿上,眼镜或者隐形眼镜则用来显示影像,天线则会被缝进你的夹克或者後背包里。这些个别的装置将会如同指挥得当的交响乐一般,妥善的一起运作,并给你最好的使用者体验。


而不只是身体周遭的设备,您还可以根据特定的应用需求,来把你附近的人与物体的设备进行合并。高解析串流的运算能力太低?在地铁站里你身边的那个人的处理器,可以为你提升一个档次。长距离连线不良? 附近建筑物上的天线可以从云端收集全球数据,并透过本地连线将其发送给您。


而指挥这个管弦乐队的人,将是一个人工智慧引擎,它已经学习了你的喜好,并可以根据你周遭不断变化的环境来诠释它们。但这个场景是有机会被推翻的,如果你知道最好的解决方法的话。所以换句话说,你应该留在你的驾驶座上。

很明显,这种情况如果实现,将大幅的影响我们的日常生活。但鲜为人知的是,这幕後急速的变化。


工程师和设计师的新年代

这里,我们进入了一个普通智慧手机用户所不知道的世界:晶片技术和系统设计。在我们展??所描述的场景对这个领域的影响之前,让我们先回顾一下。


从历史上看,半导体技术的发展受到了摩尔(Moore)和丹纳德定律(Dennard)的推动。它是依着一个可预测的发展蓝图前进,基於电晶体的规模和每个晶片的运算能力的增加相关。但在某些时候,这条轨迹遇到了一些障碍,而最主要的几个,则是每个功能的电量没有相应的增加,以及每单位面积可以散出的热量的限制。这导致了电池更快的耗尽,或者在行动和非行动电子设备中产生无法接受的高温。



图三 : 从原先一个追逐规模的路线,我们现在已经发展为与功能、目标应用等相关的众多技术整合的路线。
图三 : 从原先一个追逐规模的路线,我们现在已经发展为与功能、目标应用等相关的众多技术整合的路线。

在这个世纪变革之中,我们也因此从单晶片技术的路线转向多样化的路线。对於记忆和逻辑晶片,或者用於低功耗和高性能设备,意味着针对低功耗需求工程师必须选择用於低泄漏电流的技术和材料,而针对高性能应用的工程师则关注诸如与高电压或极端温度的兼容性等叁数。


因此,晶片、记忆体和其他IT组成单元已经变得越来越专业化。如果你有一个通用型的处理器(一个可以几??处理所有编程的电脑晶片),相对的,我们也已经投入许多时间在发展更专用的处理器。例如,针对影像处理进行优化的晶片,其在执行相同任务的节能效率高达了千倍。这例子已经非常符合去整合智慧手机的未来愿景,其中每个设备将被指定用於高度专业化的任务。


与此同时,一些运算的核心基础正在发生变化。最初受到图灵(Turing)和冯·诺伊曼(Von Neumann)等人启发的典范中,运算是「处理(计算)」的同义词,并且是使用顺序演算法来执行的。再进一步简化:电脑就是你可以输入数字的东西,然後它可以非常有效地计算出新的数字,依据预设的公式。


今天,运算已不再只是运算,它也是关於互动的。

而且重要的不再是演算法,但是数据。换句话说,电脑不再是输入数字的东西,而是具有多种输入和输出可能性的复杂系统。它的智慧不再建立在一系列线性公式之上,而是建立在自我学习系统上:透过与环境的互动进行优化;根据所需的经验产生输出。


这整个演变使得定义半导体路线和评估有用且成本经济的技术发展变得更加困难。这是为什麽系统和技术设计之间的合作变得越来越重要。也是为什麽,从开发的最初阶段开始,就必须清楚具体使用某种技术的应用:是物联网、云端、还是自主学习。


「在中间相遇(各退一步)」是几十年前imec的同事雨果.德曼(Hugo De Man)所说的。而这个概念当然不是新概念,但正变得越来越重要。对於像imec和半导体产业这样的组织来说,抓住和实施这样的研究方法是一项持续的挑战,它会对整个内部组织产生影响。过去单独运作的团队必须突然紧密合作,一个可以专注於整个技术领域的团队,现在必须拆散才能越来越专业化。


我们都会成为工程师吗?


图四 : 这个示意图呈现了技术民主化的过程。随着时间的推移,更先进的技术开始进入更多人的日常生活,而新兴技术则定义了制造商,黑客和其他技术狂热分子的工具包。
图四 : 这个示意图呈现了技术民主化的过程。随着时间的推移,更先进的技术开始进入更多人的日常生活,而新兴技术则定义了制造商,黑客和其他技术狂热分子的工具包。

这整个发展可能为我们任何一个人提供机会,尤其是当相对先进的技术知识将继续大众化。


以照片和影片为例,现在每个人的智慧手机都可以使用先进的相机、影像编辑软体和线上销售通路等功能。而在过去,制作家庭影片和照片需要花费很多精力。


而一些小型热情於科技的团体正在尝试使用感测器、3D印表机,以及各种各样的DIY技术和软体,这些技术和软体曾经非常昂贵且稀少,但现在已很容易取得开放的资源,或者透过每一个线上的电子元件平台购买。还有更小一部分的科技狂热分子,试图发掘区块链和各种其他新兴趋势的可能性。


它就像一个反向金字塔:在顶部,你拥有大量可以使用某种技术的用户;越往下,人群越小,他们可以运用的技术越复杂。但随着技术的民主化,金字塔每层中可用的工具包都会发生变化。因此可以预测,现在制作数位影片和照片的人,很快就会发现DIY电子产品和3D印表机。而现在正在尝试3D列印和扩增与虚拟实境程式的科技狂热分子,之後就会使用更先进的整合应用程序和系统。换句话说:在2035年,我们都将成为一名工程师...


而工程师他们自己呢?他们仍然散布在整个金字塔中,以其知识和专业知识为他们自己带来存活的空间,如协助终端用户实作可靠的技术,同时为新兴技术和应用开发新的构建组元(building blocks)。构建组元将会越来越多,并成为生物和电子世界的混合体。因为这是此领域最令人兴奋的发展之一。


在逻辑和运算能量方面,大自然有些诀窍,我们作为工程师和技术人员只能??之兴叹。想想人类和动物大脑的力量,一群鸟或一群蚂蚁之间的合作,鲸鱼或海豚之间的交流。这一切都不能仅靠电子学和物理学来实现,一旦我们能够将化学讯号与讯号之间的交换结合到我们的技术构建组元和系统中,这个世界以及与之相关的全部可能将会为我们开放。而这些就让我们再少再期待35年。


(本文由imec授权刊登/作者为Jan Rabaey,篮贯铭编译)


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