库梅定律：每18个月计算的能耗减半

作者：老白看世界

还记得摩尔定律吗？英特尔创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）曾提出：一定面积的集成电路上可容纳的晶体管数量，以18个月翻一倍的速度增长，性能也随之翻倍。如今，斯坦福大学的教授乔纳森·库梅（Jonathan Koomey）发现了库梅定律（Koomey ’s Law）：每隔18个月，相同计算量所需要消耗的能量会减少一半。

在今年的《IEEE计算编年史》的7 - 9月刊上，库梅协同微软公司的斯蒂芬·贝拉尔（Stephen Berard）、卡内基梅隆大学的玛拉·桑切斯（Marla Sanchez）以及英特尔公司的亨利·王（Henry Wong）共同发表了一篇论文，大意是说，计算机性能的提高，各类组件如电容的体积缩小，通信模块之间的通信时间的缩短，都能大大提高能源效率。

乔纳森·库梅是斯坦福大学的土木与环境工程的顾问教授和科研带头人，相比于性能的提高，库梅更关注的是能效的提升。他总结了过去60年计算机硬件发展的数据，才得出此结论。他指出，从1946年第一台电子计算机ENIAC诞生之日算起，相同的计算量所需能耗一降再降，如今仅仅是ENIAC时期的四万分之一。

ENIAC诞生于1946年2月14日的美国宾夕法尼亚大学，占地面积达170平方米，重30吨，采用的是真空电子管而非晶体管，当初用来为美国陆军计算火炮射击的弹道。微软和英特尔曾经联手对ENIAC的峰值功耗进行了计算——每秒运行5000次加法，所需功耗为150千瓦。

“以固定的计算量为前提，每隔一年半其所需的电池消耗将会减半。由于能源利用效率的稳步提高，就使得移动计算技术和传感应用的普及成为可能。”即使在分立晶体管出现之前，能源效率也是以18个月翻番的速度增长的。库梅说，“这是以电子开关为基础的信息技术一个根本特征，而不仅仅是集成电路的规律。”

世界信息技术已逐渐从专注于计算能力的提高转移到能源效率的提高，特别是随着人们越来越习惯于使用智能手机，笔记本电脑，平板电脑等此类需要电池供电的设备，此类研究重点的转移是必然的。

“每个人都熟悉摩尔定律，我们亲眼目睹了电脑性能的逐步改善，其重要性是毋庸置疑的。”麻省理工学院斯隆管理学院教授埃里克·布林约尔松（Erik Brynjolfsson）说，“但是，现在的人们不仅注重他们的电子产品运行速度有多快，更注重这些设备的电池续航能力。”布林约尔松认为在某种意义上，越来越多事情会向消费者方面偏移。库梅定律因为有关能效的发展趋势的阐述，就消费者层面而言，其重要性已经慢慢超越了摩尔定律。

对于库梅定律所指出的发展趋势，最有趣的莫过于思考计算极限的可能性。库梅认为理论极限仍然是那么的遥远。在1985年，物理学家费曼分析了计算机的电力需求，指出理论上能耗改善的极限是1000亿倍，也就是说如果能效技术一直以库梅定律给出的速度发展，那么在2043年左右能源效率会达到极限。当然这不能算上量子计算等新技术，仅指电子信息技术。“从最初到现在，能源效率已经提高了约四万倍。 但是我们还有很长的路要走，”库梅说，“这一切的发生与改变不可能被物理学上的困境所限，只会被人类自身的智慧所限。”