怎样用“摩尔定律失效”理论预测中国经济前景

经常关注新闻的人,应该都听说过“摩尔定律”,哪怕根本不知道这个词是什么意思。简单的说,就是电脑芯片龙头老大英特尔公司的戈登·摩尔先生于1965年提出:一块芯片上能容纳的晶体管的数目,大约每隔18个月(也有说18至24个月)就会增加一倍,并由此带来计算性能提高一倍。

怎样用“摩尔定律失效”理论预测中国经济前景

稍微科普一下,由于众所周知的原因,今天我们社会高度关注芯片这个东西。所谓“芯片”,就是集成电路,也就是新闻里常说的“在一块指甲盖大小的面积上集成几亿个晶体管”,通过电路一开一关的方式实现计算的功能。集成几亿个晶体管,就能实现几亿个“一开一关”的同时进行,也就是卖电脑的经常说的“这台电脑的芯片每秒钟可以计算多少亿次”的依据。当然,以上描述是简化得不能再简化的原理性知识科普。芯片产业能够做到今天成千上万亿美元的规模,其科技含量不是一段话甚至一本书能解释清楚的。科普的目的就是让大家明白一点就好:芯片上能集成的晶体管越多越好。因此,戈登·摩尔先生通过长期观察和研究,得出了关于芯片技术进步的这个“摩尔定律”。

那么,摩尔定律失效是怎么一回事呢?1975年,摩尔先生在一篇论文中总结了芯片密度(就是单位面积芯片上集成的晶体管的数量)增加的原因:一是晶体管做得越来越小;二是单块芯片面积的增大;三是更新的设计让芯片上的晶体管排布更加合理。回想一下开头说的摩尔定律:芯片上集成的晶体管数量大约每十八个月增加一倍。如果仅仅只是翻日历的话,今天以后可以有无数个十八个月,但是晶体管的数量真的可以无数次“增加一倍”吗?这就是“摩尔定律失效”理论被提出来的根本原因。

怎样用“摩尔定律失效”理论预测中国经济前景

根据摩尔先生1975年总结的原因,要增加晶体管数量,要么把晶体管做得更小,要么把芯片面积做得更大,同时持续改进设计让电路排布更合理。首先,芯片面积做大这个选项就不能考虑了。因为越是强大的芯片,消耗的能量就越大,散发的热量也就越多。因此,一块已经集成了多少亿个晶体管的芯片再增大面积、额外集成数亿个晶体管,那么它工作产生的热量也就越大,散热问题就越无解。所以,这才有了“指甲盖大小”这么一说,可想而知这个尺寸是无数因素综合考量之后得出的最优方案。

那么,增加晶体管的数量的途径就基本上落在了缩小晶体管尺寸的方向上。果然,本世纪初,晶体管小型化遇到瓶颈,当晶体管小到一定程度的时候(专业地说就是栅长低于100纳米以后),晶体管会漏电。也许大家不明白晶体管漏电是什么意思,但是作为现代社会人,大家一定知道家用电器如果漏电,就一定不能用,那是要危害生命安全的。同样道理,晶体管漏电的话,这个芯片肯定就不能工作了。由此看来,在芯片上增加晶体管真的是有一个物理极限的。

这就是最近二三十年频繁有人提出摩尔定律失效的道理。作为芯片行业的专家以及本理论的创立者,摩尔先生本人就于1995年提出,摩尔定律将于2005年失效。2013年,曾任英特尔总设计师的鲍勃·寇威尔先生预测,2020年可能是摩尔定律失效的最早时间。2015年,摩尔先生本人再次预测,摩尔定律将于2025年失效。

怎样用“摩尔定律失效”理论预测中国经济前景

回顾一下上面的内容,为什么摩尔定律会失效,包括摩尔先生本人都这么认为?因为一块芯片上晶体管的增加是有极限的,本世纪初遇到的问题就是晶体管小到一定程度就会漏电。那么,是不是芯片上的晶体管数量、以及由此获得的芯片计算能力就没能继续提高了呢?当然没有,英特尔的电脑芯片、某通和某为的手机芯片都在一代一代地往市场上推。那么这些芯片又是怎么做出来的呢?难道是外星人送来的外星技术吗?当然不是!

本世纪初的栅长低于100纳米以后会漏电的问题,最终在英特尔无数次实验后,发现了一种新材料(金属铪的氧化物),代替原来使用很多年的二氧化硅作为芯片材料,于2007年推出45纳米的芯片,基本解决了漏电问题(降低了90%以上)。1997年,加州大学伯克利分校的胡正明教授提出了FinFET的芯片设计概念,原理是通过三面包裹的形式极大地减少漏电现象。2011年,英特尔采用FinFET技术成功制造出了22纳米芯片。

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我们有没有想过,摩尔定律的本质是什么?就是一个在单位面积的芯片上看谁堆的晶体管数量多的比赛吗?当然不是!摩尔定律的本质精髓,是在成本和功耗不变的情况下,提高计算能力!仅仅只是因为晶体管栅长低于100纳米以后会漏电,使得晶体管数量无法持续增加,就认为摩尔定律会失效,这不就是盲人摸象所要表达的道理嘛。现实是,芯片的计算能力到目前为止,仍然在依照摩尔定律的时间轮廓发展着。通过改进芯片的缓存设计(不要细问,技术太高深没办法一两句话说清楚),2015年英特尔推出的14纳米i7处理器使用了三级高速缓存,进一步提升了芯片计算能力。还有一个更简单、大家都知道的方式:在芯片上设置多个核心,也就是卖电脑、卖手机的人大力宣传的“采用四核芯片、八核芯片”。

怎样用“摩尔定律失效”理论预测中国经济前景

关于“摩尔定律失效”的讨论,在研究重大问题和宏观概念上,能够给我们很多重要启发。

第一,真正的专家在其精通的专业领域可以做出最准确的判断,但是太过专注就容易错失全局判断。英特尔的专家们(包括摩尔先生、总设计师寇威尔先生)在判断晶体管小到什么程度会漏电方面,绝对是权威,而且非常科学和准确。但是,因为这一点就判断芯片的计算能力增长达到瓶颈、导致摩尔定律失效,那就是否定了通过其他方式实现计算能力提升的可能性。我们熟知一个经典案例,日本人在模拟信号电视领域精益求精(估计将所谓的匠人精神发挥到极致了吧),研发出了世界上最先进的模拟信号电视技术。结果美国人开发出数字信号,让日本人积累了几十年的模拟信号电视技术一下子失去了用武之地。

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第二,尖端技术的进步乃至飞跃,不是一条路走到底的结果,而是多方向推进、多路径摸索、多领域试错的“幸存成果”。这个道理我们上小学的时候就学过:爱迪生在发现用钨丝做灯泡是最佳材料之前,已经失败了成千上万次。英特尔为了解决栅长低于100纳米漏电问题,也是实验了无数种方法,才最终发现了用其他材料替代二氧化硅这个方法。我们不能站在事后诸葛亮的角度来评价过去的研究成果,这会犯典型的“这件事本来就应该这样做”的错误。我们绝对应该相信,除了胡正明教授提出的FinFET技术,同时代一定有更多的科研人员花费无数代价研究过其他芯片设计、制造技术。我们今天能够理所当然地觉得“芯片就应该这么造”,是无数人用无数种今天被证明“错误”的方式试验出来的。

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第三,“悲观”是有重大科学依据的,而且“悲观”往往是真正的专家在其精通领域用客观事实证明出来的。面对特定的那个“点”(专家研究的特定领域),“悲观”是正确的。但是,对于宏观这个“面”(整个社会、整个国家、整个世界、乃至整个宇宙),用点来判断面显然有可能是不准确的。因此,在研究宏观问题方面,要树立“概率意识”,用“大道理”来判断“趋势”。

所谓“概率意识”,就是要辨别“十个鸡蛋在十个篮子里”还是“十个鸡蛋在一个篮子里”。无论是一个人、一个企业、还是一个国家,如果孤注一掷地押宝一件事情,从概率的角度来讲,他不可能一而再、再而三地赢。所以,研究宏观问题就是要先看有没有分散风险。所谓“大道理”,就是几百年、甚至几千年流传下来的经验,历经过漫长时间和大量实践的检验。而“趋势”的意思就是说,分析宏观问题不要纠结于求得一个精确的结果,比如2020年3月第二个星期,美股会暴跌。那么,谁能告诉我们下一次美股牛市将于哪年哪月第几个星期到来呢!

怎样用“摩尔定律失效”理论预测中国经济前景

说到“悲观”,其实有一个“大道理”可以解释一下:就是“万事万物都有生命周期”这一自然规律。一项新技术被发明出来,比如FinFET芯片制造技术,从概念构想、到深化研究、到生产实践、到持续改进,最后终有一天会有更先进或者更高维度的新技术来替代它。从“悲观”的角度来想,任何一项技术、任何一个产品都有生命周期终结的一天,所以就这一个点来讲“悲观”是对的。但是,更新的技术、更好的产品会被开发出来替代老技术和老产品的作用,这个发展的过程是不会终结的。也就是站在一个更加宏大的视角来看,“悲观”是不必要的,“乐观”才是长久的。

怎样用“摩尔定律失效”理论预测中国经济前景

那么,这和预测中国经济前景有什么关系呢?

首先就是要承认,“中国经济前景”是一个宏观议题,就像摩尔定律一样。我们能够很容易地发现很多讨论这个宏大议题的文章,有着类似论证“摩尔定律失效”的错误。因为栅长低于100纳米会漏电,所以不能集成更多晶体管了,所以摩尔定律要失效了——因为制造业正在迁往东南亚,所以要经济要不行了;因为毛衣展了,导致美国企业要回迁了,所以要不行了;因为芯片被制裁了,所以产业升级要完蛋了,等等。这不就是一个个鲜明的“盲人摸象”的典型错误吗!

我们看到的很多很多经济学家被网上报道的稀奇古怪的言论,要承认一方面确实有新闻标题夸张化的博眼球效果,另一方面我们也要明白,那些经济学家是真专家,不是“砖”家。他们的研究在他们擅长的领域是有科学依据的,而且正儿八经的博士、教授都是有真才实学的。研究宏观经济的专家如果谈基准利率应该怎样设定、市场供给和需求的关系、宏观就业理论等等,那是真科学。但问题就在于,如果一个专门研究服装行业的专家,单从服装生产企业外迁就判定整体经济环境是变好、还是变差,这不叫“见微知著”,而是“盲人摸象”。

回顾芯片的案例,当晶体管进一步缩小遇到瓶颈的时候,英特尔更换了制造芯片的材料,采用了新的制造技术,开发了多核芯片,一步又一步地在新的维度上让摩尔定律继续实现。中国经济明年到底能增长几个百分点,这是无法精确预测的。宏观的问题只能研究趋势,那么趋势应该怎样预测?就是前面说过的“概率意识”加“大道理”。

怎样用“摩尔定律失效”理论预测中国经济前景

德国总人口约8300万,就业总人口约4500万,其中汽车相关产业就业人口达到1200万。为什么在我们心目中以严谨和高端制造业闻名的欧洲第一强国德国,没有世界级的互联网以及通信技术企业?答案很简单,人口不够了。如果世界汽车市场受到某种冲击,比如自动驾驶飞机取代汽车成为日常交通工具,那么这对德国经济的冲击将是极其巨大的。虽然德国还拥有世界领先的电气和机械制造工业,但是德国仍然是一个产业高度集中的典型案例。

中国拥有41个工业大类、207个工业中类、666个工业小类,是全世界唯一拥有全部工业门类的国家。作为人类社会目前第一大产业,汽车产业未来将朝向新能源方向发展已经是众所周知的大势所趋了。2018年,总理访问日本的时候参观了丰田汽车的氢能源汽车工厂,让很多人疾呼我们的新能源车企选错了技术方向。这是因为印象中国产新能源汽车都是走的锂电池纯电动技术路线,而不是丰田的氢燃料电池技术路线。而事实却是,除了那些耳熟能详的国产品牌锂电池纯电动汽车外,长城汽车、上汽大通、长江汽车、比亚迪等都推出了燃料电池汽车。上海、苏州、佛山等城市更是提出了燃料电池汽车产业化的发展政策。

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新能源汽车产业是一个典型案例,说明中国的企业在不同的技术路线上齐头并进。如果有一天,以上任何一种技术路线实现了压倒性的胜出,那么我们至少能够实现不出现技术空白。比起新能源汽车产业更加宏大和重要的,是第四次工业革命会以何种方式引爆。国际上比较公认的技术突破口包括:石墨烯、量子技术、可控核聚变、新能源、生物技术等。目前,全世界只有中美两个国家在以上所有领域展开了研究。虽然美国仍然拥有全世界最顶尖的科学家和科研院校,但是美国每年毕业的理工科大学生仅有不到57万人,而中国大约为470万人。很明显,中国有更多的人力资源可以投入到更多的研究领域和方向上。这就是“概率意识”发挥作用的地方:显然中国能够实现突破的领域更多!

这里一定会有很多人反驳:人家美国拥有更多的顶级科学家,实现科研突破的概率要显著高于中国科学家。因此,哪怕中国理科毕业生更多,也不一定能做出美国一样多的研究成果。这个理论确实有道理,但是忽略另一个重大问题:中国市场的变现能力。为什么世界前十名的互联网公司都是中美两国的?因为美国互联网企业是靠占领中国以外的全世界市场而做大的,而中国互联网企业光占据中国市场就足够做到世界级规模了。

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因为中国巨大的市场规模,使得任何新技术、新产品、新商业模式在中国市场都能有足够的用户基础,从而获得足够的利润,这将越来越吸引全世界顶尖的科研人才和商业人才来到中国市场淘金。这就可以归结到“大道理”的分析上了:人和资本的逐利本性。二战以后,美国网罗了全世界的高科技人才,这是因为美国市场为他们的技术提供了变现途径:美国法律保护他们的知识产权,美国企业的生产能力足够让他们的技术成为能在市场上销售的产品,美国市场足够大到能让他们的技术赚大钱。今天的美国,最优秀的毕业生学的大多数出自金融和法律两个专业,因为这是美国变现途径最好的两个职业。今天的美国,企业赚到钱不是投入到总统心心念念要复兴的制造业,而是回购自家股票推高股价来炒股,因为股市是2020年3月份之前美国最挣钱的领域。

中国则与之相反。特斯拉是美国制造业的明星标杆,市值超过通用汽车和福特汽车的总和。特斯拉在美国本土饱受产能不足的困扰,而来到中国之后的神速建厂、神速投产,都反应出中国产业的强大能力。而国产特斯拉的销售火爆,更加反应了中国市场的消费能力,也就对应着厂商的技术和产品变现能力。这都是人性和资本逐利性这个“大道理”的真实体现。

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近期这个特殊局势,让很多人疾呼“去全球化”将给中国经济造成巨大打击。从任何一个角度来看,“去全球化”对中国乃至世界上绝大多数国家,一定是有消极影响的。但是,某些别有用心的人觉得这会对我们经济造成巨大打击也是不现实的。人类工业化和自动化发展到今天这个程度,绝大多数行业的生产能力都是过剩的。换句话说,对于绝大多数行业,谁掌握市场,谁才掌握真正的话语权。那么谁是真正的世界第一大单一市场呢!真正的去全球化,不单单只会消极地影响中国,也同样会影响到其他绝大多数国家,比如新西兰捕捞的龙虾,比如智利种植的车厘子,比如东南亚旅游市场等等。他们需要中国人买他们的东西,我们就能和他们谈判,让他们对等地买我们的产品。当然,有必要的话也要让他们卖我们需要的原材料。去全球化对于我们来说,只不过是多了一些一对一的谈判工作。真的要是全世界所有国家都各自关起门来不和其他任何国家来往,大多数国家都活不下去!

因此,“摩尔定律失效”这个讨论给了我们审视中国经济一个更加全面和整体的视角。摩尔定律的精髓是关注计算能力的提升,巨大的芯片产业和市场为芯片技术的研发提供了无数的资金资源、无数的物质资源、无数的人力资源,使得无数企业和技术人员从各个方向开拓新技术、新材料、新工艺、新应用等,最终总有最优解的诞生,持续推动计算能力的提升。

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中国经济也是同样的道理。十四亿人的统一单一大市场能够对各种各样的技术、产品、服务、商业模式产生足够巨大的有利可图的需求,从而推动着无数的资金、物质、人力去研发、生产、配送这些产品和服务。在巨大的人力资源和智力资源的推动下,中国在每一个行业、每一个技术发展方向上都有企业在投入研发。这样的全面推进就是全领域试错,也就是“十个鸡蛋放在十个篮子里”的分散投资。无论哪个技术方向胜出,都会有中国企业的参与;无论诞生什么样的新行业、新商业模式,也都会有中国企业不掉队。这样的发展,只要内部保持稳定,中国经济的前景就一定不会差。


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