麻省理工學(xué)院表示如果芯片不能變得更小那么編碼人員必須變得更聰明

許多我們認(rèn)為理所當(dāng)然的科技設(shè)備之所以成為可能，是因?yàn)槎嗄陙?lái)計(jì)算能力的提高，不僅使pc和智能手機(jī)更快，而且更小。這一切都始于1965年，當(dāng)時(shí)英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登•摩爾預(yù)言，可裝在電腦芯片上的晶體管數(shù)量將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)——事實(shí)也的確如此，大約每?jī)赡攴环?。摩爾定律?jīng)受住了考驗(yàn)，最近慶祝了它的55周年紀(jì)念日。但小型化的趨勢(shì)只能持續(xù)這么長(zhǎng)時(shí)間，東西也只能變得這么小:有了最新的硅芯片，一萬(wàn)個(gè)端到端的芯片還沒(méi)有人的頭發(fā)寬。因此，在過(guò)去的十年里，研究人員一直在試圖找出提高性能的方法，以便讓技術(shù)人員能夠繼續(xù)創(chuàng)新。

一些專(zhuān)家對(duì)量子計(jì)算和碳納米管等新技術(shù)寄予厚望。但麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)最近發(fā)表的一篇論文認(rèn)為，答案很可能不是某種未來(lái)的范式轉(zhuǎn)變。相反，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)確定了三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，以?xún)?yōu)先考慮繼續(xù)交付計(jì)算速度——新算法、更好的軟件和更專(zhuān)業(yè)的硬件。資深作家查爾斯·雷瑟爾森(Charles Leiserson)說(shuō)，使智能手機(jī)成為可能的小型化，在很多方面鼓勵(lì)了編碼快捷方式。幾十年來(lái)，程序員一直能夠優(yōu)先考慮快速編寫(xiě)代碼——而不是為了讓代碼運(yùn)行得更快而編寫(xiě)代碼——因?yàn)楦「斓挠?jì)算機(jī)芯片總是能夠彌補(bǔ)這一缺陷。麻省理工學(xué)院電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系(EECS)的雷瑟森教授在文章中說(shuō):“這還不是一個(gè)問(wèn)題，但如今要想在機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域取得進(jìn)一步進(jìn)展，將需要巨大的計(jì)算能力。”“如果我們想充分利用這些技術(shù)的潛力，我們必須改變我們的計(jì)算方法。”

作者將他們的建議分為軟件、算法和硬件架構(gòu)。在軟件方面，他們認(rèn)為，程序員之前對(duì)生產(chǎn)力的重視超過(guò)了對(duì)性能的重視，這導(dǎo)致了一些有問(wèn)題的策略，比如“減少”(使用對(duì)問(wèn)題A有效的代碼，然后用它來(lái)解決問(wèn)題B)。

作為一個(gè)例子,如果有人來(lái)創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)到“是”或“不是”的語(yǔ)音命令,但不希望編寫(xiě)一個(gè)全新的自定義項(xiàng)目,他們可能需要現(xiàn)有程序,識(shí)別廣泛的話(huà)說(shuō),調(diào)整只能回答“是”或“不是”的答案,根據(jù)CSAIL的紙。雖然這種方法減少了編碼時(shí)間，但它增加了低效性:如果一個(gè)簡(jiǎn)化的效率是定制解決方案的80%，而添加了20個(gè)簡(jiǎn)化層，那么代碼的效率最終將降低1萬(wàn)倍。“隨著硬件改進(jìn)速度的放緩，程序員必須重新考慮這些策略，”研究科學(xué)家和合著者尼爾·湯普森(Neil Thompson)說(shuō)。“如果我們想繼續(xù)以我們已經(jīng)習(xí)慣的速度增長(zhǎng)，我們就不能繼續(xù)‘照常經(jīng)營(yíng)’。”

相反，研究人員推薦了類(lèi)似代碼并行化的技術(shù)。他們說(shuō)，多核技術(shù)可以使復(fù)雜的任務(wù)以更快數(shù)千倍的速度完成，而且能效更高。至于算法，該團(tuán)隊(duì)建議三管齊下的方法，包括探索新的問(wèn)題領(lǐng)域，解決對(duì)算法規(guī)模的關(guān)注，以及調(diào)整它們以更好地利用現(xiàn)代硬件。最后，在硬件架構(gòu)方面，該團(tuán)隊(duì)主張精簡(jiǎn)硬件，這樣問(wèn)題就可以用更少的晶體管和更少的硅來(lái)解決。報(bào)告稱(chēng)，精簡(jiǎn)包括使用更簡(jiǎn)單的處理器，以及為特定應(yīng)用量身定制硬件，比如為計(jì)算機(jī)圖形定制的圖形處理單元(GPU)。研究科學(xué)家和合著者Tao Schardl說(shuō):“為特定領(lǐng)域定制的硬件可以更高效，使用更少的晶體管，使應(yīng)用程序運(yùn)行速度快幾十到幾百倍。”“更普遍的是，硬件流線(xiàn)型化將進(jìn)一步鼓勵(lì)并行編程，創(chuàng)造更多的芯片區(qū)域用于更多的并行電路。”盡管這些方法可能是最好的前進(jìn)道路，但研究人員提醒說(shuō)，它們并不總是那么容易。他們說(shuō)，使用這類(lèi)技術(shù)的組織可能在投入了大量程序員時(shí)間之后才會(huì)知道自己的努力所帶來(lái)的好處。另外，這種加速并不像摩爾定律那樣一致:一開(kāi)始可能會(huì)非常引人注目，但隨后就需要為較小的改進(jìn)付出大量的努力。該團(tuán)隊(duì)指出，某些公司已經(jīng)收到了這份備忘錄。湯普森表示:“對(duì)于谷歌和亞馬遜這樣的科技巨頭來(lái)說(shuō)，其數(shù)據(jù)中心的龐大規(guī)模意味著，軟件性能的微小改進(jìn)也能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。”“不過(guò)，盡管這些公司可能是領(lǐng)頭羊，但其它許多公司如果想保持競(jìng)爭(zhēng)力，就必須認(rèn)真對(duì)待這些問(wèn)題。”