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世界首款微處理器問世 50 週年,這些年計算能力漲了 10 億倍

11 月 15 日訊息,今天是英特爾 4004 微處理器問世 50 週年。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。可以說,自 1971 年以來人類創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製冷裝置的房間中解放出來,將計算能力釋放到最需要的地方。從那以後,人們的生活水平開始成倍提高。

當時,IBM 的大型計算機都放置在密閉房間裡,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。工人們被告知在接到警報後立即撤離,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,並通過笨重的電傳打字機輸入簡單的命令,這是人們與 IBM 計算機互動的唯一方式。商用電子產品製造商 Digital Equipment 向實驗室和辦公室出售的所謂 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列印計算器設計 12 塊定製晶片。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) 厭倦為不同公司設計不同晶片,建議將晶片種類改成四種,其中包括一種可用於多種產品的可程式設計晶片。他們只用 2300 個電晶體就開發出英特爾 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,內建 3500 個電晶體;1978 年釋出 16 位的 8086 微處理器,包含 29000 個電晶體,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後釋出的新款 8088 微處理器。相比之下,現在蘋果新款 M1 Max 處理器擁有 570 億個電晶體,每秒可執行 10.4 萬億次浮點運算。這意味著計算機能力在 50 年內至少增長了 10 億倍。

現在,微處理器可以說是人類智慧的微型發動機,可以執行拓展到數十億臺裝置的智慧程式碼,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。鑑於目前的全球晶片短缺問題,許多車都在等待晶片才能出廠下線。

微處理器驅動的移動計算技術為智慧手機、機器人真空吸塵器、自動駕駛汽車、作物溼度感測器、甚至是追蹤鳥類遷徙模式的 GPS 鋪平了發展道路。其還創造出一個能無限更新的世界:在無需調整硬體的情況下修復問題、推出新功能

由此而來的硬體和軟體分離,設計和控制分離建立起全球供應鏈。蘋果可以在加州設計 iPhone,在全世界任何地方進行生產,並在生產過程的任何時候新增軟體。

可以說,1971 年以來人類所創造的大部分財富都是英特爾 4004 微處理器的結果。所有零售商都會詢問大型商超的智慧庫存系統;所有資源開採都離不開搭載微處理器的智慧機器。

50 年後,微處理器的發展是否達到了極限?在過去的 20 年時間裡,微處理器通過在每個晶片上增加更多計算核心來提高效能。蘋果 M1 有 16 個處理器核心;通常用於人工智慧和比特幣挖掘的圖形處理單元可以有數千個處理器核心。

總有一天,戈登・摩爾(Gordon Moore)於 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)於 1945 年首次提出的處理器和記憶體架構將不再滿足計算需求。所幸,人類至少還有 10 年或 20 年的時間從目前的晶片技術和計算機架構中擠出更多效益。

計算領域並非一成不變的。無論是亞馬遜數字助理 Alexa 用來識別聲音的神經網路,還是谷歌用來識別照片中人臉的神經網路都不會取代微處理器,但它們可能會成為一種互補技術,在未來 50 年裡不斷髮展壯大。谷歌即將推出下一代人工智慧晶片 Tensor,可以說就是能放進口袋裡的人工智慧加速器,一個屬於用於的個人神經網路。人們能用它來做什麼?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麼。不同人的答案可能相差十億倍。