怎樣用“摩爾定律失效”理論預測中國經濟前景

經常關注新聞的人,應該都聽說過“摩爾定律”,哪怕根本不知道這個詞是什麼意思。簡單的說,就是電腦芯片龍頭老大英特爾公司的戈登·摩爾先生於1965年提出:一塊芯片上能容納的晶體管的數目,大約每隔18個月(也有說18至24個月)就會增加一倍,並由此帶來計算性能提高一倍。

怎樣用“摩爾定律失效”理論預測中國經濟前景

稍微科普一下,由於眾所周知的原因,今天我們社會高度關注芯片這個東西。所謂“芯片”,就是集成電路,也就是新聞裡常說的“在一塊指甲蓋大小的面積上集成幾億個晶體管”,通過電路一開一關的方式實現計算的功能。集成幾億個晶體管,就能實現幾億個“一開一關”的同時進行,也就是賣電腦的經常說的“這臺電腦的芯片每秒鐘可以計算多少億次”的依據。當然,以上描述是簡化得不能再簡化的原理性知識科普。芯片產業能夠做到今天成千上萬億美元的規模,其科技含量不是一段話甚至一本書能解釋清楚的。科普的目的就是讓大家明白一點就好:芯片上能集成的晶體管越多越好。因此,戈登·摩爾先生通過長期觀察和研究,得出了關於芯片技術進步的這個“摩爾定律”。

那麼,摩爾定律失效是怎麼一回事呢?1975年,摩爾先生在一篇論文中總結了芯片密度(就是單位面積芯片上集成的晶體管的數量)增加的原因:一是晶體管做得越來越小;二是單塊芯片面積的增大;三是更新的設計讓芯片上的晶體管排布更加合理。回想一下開頭說的摩爾定律:芯片上集成的晶體管數量大約每十八個月增加一倍。如果僅僅只是翻日曆的話,今天以後可以有無數個十八個月,但是晶體管的數量真的可以無數次“增加一倍”嗎?這就是“摩爾定律失效”理論被提出來的根本原因。

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根據摩爾先生1975年總結的原因,要增加晶體管數量,要麼把晶體管做得更小,要麼把芯片面積做得更大,同時持續改進設計讓電路排布更合理。首先,芯片面積做大這個選項就不能考慮了。因為越是強大的芯片,消耗的能量就越大,散發的熱量也就越多。因此,一塊已經集成了多少億個晶體管的芯片再增大面積、額外集成數億個晶體管,那麼它工作產生的熱量也就越大,散熱問題就越無解。所以,這才有了“指甲蓋大小”這麼一說,可想而知這個尺寸是無數因素綜合考量之後得出的最優方案。

那麼,增加晶體管的數量的途徑就基本上落在了縮小晶體管尺寸的方向上。果然,本世紀初,晶體管小型化遇到瓶頸,當晶體管小到一定程度的時候(專業地說就是柵長低於100納米以後),晶體管會漏電。也許大家不明白晶體管漏電是什麼意思,但是作為現代社會人,大家一定知道家用電器如果漏電,就一定不能用,那是要危害生命安全的。同樣道理,晶體管漏電的話,這個芯片肯定就不能工作了。由此看來,在芯片上增加晶體管真的是有一個物理極限的。

這就是最近二三十年頻繁有人提出摩爾定律失效的道理。作為芯片行業的專家以及本理論的創立者,摩爾先生本人就於1995年提出,摩爾定律將於2005年失效。2013年,曾任英特爾總設計師的鮑勃·寇威爾先生預測,2020年可能是摩爾定律失效的最早時間。2015年,摩爾先生本人再次預測,摩爾定律將於2025年失效。

怎樣用“摩爾定律失效”理論預測中國經濟前景

回顧一下上面的內容,為什麼摩爾定律會失效,包括摩爾先生本人都這麼認為?因為一塊芯片上晶體管的增加是有極限的,本世紀初遇到的問題就是晶體管小到一定程度就會漏電。那麼,是不是芯片上的晶體管數量、以及由此獲得的芯片計算能力就沒能繼續提高了呢?當然沒有,英特爾的電腦芯片、某通和某為的手機芯片都在一代一代地往市場上推。那麼這些芯片又是怎麼做出來的呢?難道是外星人送來的外星技術嗎?當然不是!

本世紀初的柵長低於100納米以後會漏電的問題,最終在英特爾無數次實驗後,發現了一種新材料(金屬鉿的氧化物),代替原來使用很多年的二氧化硅作為芯片材料,於2007年推出45納米的芯片,基本解決了漏電問題(降低了90%以上)。1997年,加州大學伯克利分校的胡正明教授提出了FinFET的芯片設計概念,原理是通過三面包裹的形式極大地減少漏電現象。2011年,英特爾採用FinFET技術成功製造出了22納米芯片。

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我們有沒有想過,摩爾定律的本質是什麼?就是一個在單位面積的芯片上看誰堆的晶體管數量多的比賽嗎?當然不是!摩爾定律的本質精髓,是在成本和功耗不變的情況下,提高計算能力!僅僅只是因為晶體管柵長低於100納米以後會漏電,使得晶體管數量無法持續增加,就認為摩爾定律會失效,這不就是盲人摸象所要表達的道理嘛。現實是,芯片的計算能力到目前為止,仍然在依照摩爾定律的時間輪廓發展著。通過改進芯片的緩存設計(不要細問,技術太高深沒辦法一兩句話說清楚),2015年英特爾推出的14納米i7處理器使用了三級高速緩存,進一步提升了芯片計算能力。還有一個更簡單、大家都知道的方式:在芯片上設置多個核心,也就是賣電腦、賣手機的人大力宣傳的“採用四核芯片、八核芯片”。

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關於“摩爾定律失效”的討論,在研究重大問題和宏觀概念上,能夠給我們很多重要啟發。

第一,真正的專家在其精通的專業領域可以做出最準確的判斷,但是太過專注就容易錯失全局判斷。英特爾的專家們(包括摩爾先生、總設計師寇威爾先生)在判斷晶體管小到什麼程度會漏電方面,絕對是權威,而且非常科學和準確。但是,因為這一點就判斷芯片的計算能力增長達到瓶頸、導致摩爾定律失效,那就是否定了通過其他方式實現計算能力提升的可能性。我們熟知一個經典案例,日本人在模擬信號電視領域精益求精(估計將所謂的匠人精神發揮到極致了吧),研發出了世界上最先進的模擬信號電視技術。結果美國人開發出數字信號,讓日本人積累了幾十年的模擬信號電視技術一下子失去了用武之地。

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第二,尖端技術的進步乃至飛躍,不是一條路走到底的結果,而是多方向推進、多路徑摸索、多領域試錯的“倖存成果”。這個道理我們上小學的時候就學過:愛迪生在發現用鎢絲做燈泡是最佳材料之前,已經失敗了成千上萬次。英特爾為了解決柵長低於100納米漏電問題,也是實驗了無數種方法,才最終發現了用其他材料替代二氧化硅這個方法。我們不能站在事後諸葛亮的角度來評價過去的研究成果,這會犯典型的“這件事本來就應該這樣做”的錯誤。我們絕對應該相信,除了胡正明教授提出的FinFET技術,同時代一定有更多的科研人員花費無數代價研究過其他芯片設計、製造技術。我們今天能夠理所當然地覺得“芯片就應該這麼造”,是無數人用無數種今天被證明“錯誤”的方式試驗出來的。

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第三,“悲觀”是有重大科學依據的,而且“悲觀”往往是真正的專家在其精通領域用客觀事實證明出來的。面對特定的那個“點”(專家研究的特定領域),“悲觀”是正確的。但是,對於宏觀這個“面”(整個社會、整個國家、整個世界、乃至整個宇宙),用點來判斷面顯然有可能是不準確的。因此,在研究宏觀問題方面,要樹立“概率意識”,用“大道理”來判斷“趨勢”。

所謂“概率意識”,就是要辨別“十個雞蛋在十個籃子裡”還是“十個雞蛋在一個籃子裡”。無論是一個人、一個企業、還是一個國家,如果孤注一擲地押寶一件事情,從概率的角度來講,他不可能一而再、再而三地贏。所以,研究宏觀問題就是要先看有沒有分散風險。所謂“大道理”,就是幾百年、甚至幾千年流傳下來的經驗,歷經過漫長時間和大量實踐的檢驗。而“趨勢”的意思就是說,分析宏觀問題不要糾結於求得一個精確的結果,比如2020年3月第二個星期,美股會暴跌。那麼,誰能告訴我們下一次美股牛市將於哪年哪月第幾個星期到來呢!

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說到“悲觀”,其實有一個“大道理”可以解釋一下:就是“萬事萬物都有生命週期”這一自然規律。一項新技術被髮明出來,比如FinFET芯片製造技術,從概念構想、到深化研究、到生產實踐、到持續改進,最後終有一天會有更先進或者更高維度的新技術來替代它。從“悲觀”的角度來想,任何一項技術、任何一個產品都有生命週期終結的一天,所以就這一個點來講“悲觀”是對的。但是,更新的技術、更好的產品會被開發出來替代老技術和老產品的作用,這個發展的過程是不會終結的。也就是站在一個更加宏大的視角來看,“悲觀”是不必要的,“樂觀”才是長久的。

怎樣用“摩爾定律失效”理論預測中國經濟前景

那麼,這和預測中國經濟前景有什麼關係呢?

首先就是要承認,“中國經濟前景”是一個宏觀議題,就像摩爾定律一樣。我們能夠很容易地發現很多討論這個宏大議題的文章,有著類似論證“摩爾定律失效”的錯誤。因為柵長低於100納米會漏電,所以不能集成更多晶體管了,所以摩爾定律要失效了——因為製造業正在遷往東南亞,所以要經濟要不行了;因為毛衣展了,導致美國企業要回遷了,所以要不行了;因為芯片被制裁了,所以產業升級要完蛋了,等等。這不就是一個個鮮明的“盲人摸象”的典型錯誤嗎!

我們看到的很多很多經濟學家被網上報道的稀奇古怪的言論,要承認一方面確實有新聞標題誇張化的博眼球效果,另一方面我們也要明白,那些經濟學家是真專家,不是“磚”家。他們的研究在他們擅長的領域是有科學依據的,而且正兒八經的博士、教授都是有真才實學的。研究宏觀經濟的專家如果談基準利率應該怎樣設定、市場供給和需求的關係、宏觀就業理論等等,那是真科學。但問題就在於,如果一個專門研究服裝行業的專家,單從服裝生產企業外遷就判定整體經濟環境是變好、還是變差,這不叫“見微知著”,而是“盲人摸象”。

回顧芯片的案例,當晶體管進一步縮小遇到瓶頸的時候,英特爾更換了製造芯片的材料,採用了新的製造技術,開發了多核芯片,一步又一步地在新的維度上讓摩爾定律繼續實現。中國經濟明年到底能增長几個百分點,這是無法精確預測的。宏觀的問題只能研究趨勢,那麼趨勢應該怎樣預測?就是前面說過的“概率意識”加“大道理”。

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德國總人口約8300萬,就業總人口約4500萬,其中汽車相關產業就業人口達到1200萬。為什麼在我們心目中以嚴謹和高端製造業聞名的歐洲第一強國德國,沒有世界級的互聯網以及通信技術企業?答案很簡單,人口不夠了。如果世界汽車市場受到某種衝擊,比如自動駕駛飛機取代汽車成為日常交通工具,那麼這對德國經濟的衝擊將是極其巨大的。雖然德國還擁有世界領先的電氣和機械製造工業,但是德國仍然是一個產業高度集中的典型案例。

中國擁有41個工業大類、207個工業中類、666個工業小類,是全世界唯一擁有全部工業門類的國家。作為人類社會目前第一大產業,汽車產業未來將朝向新能源方向發展已經是眾所周知的大勢所趨了。2018年,總理訪問日本的時候參觀了豐田汽車的氫能源汽車工廠,讓很多人疾呼我們的新能源車企選錯了技術方向。這是因為印象中國產新能源汽車都是走的鋰電池純電動技術路線,而不是豐田的氫燃料電池技術路線。而事實卻是,除了那些耳熟能詳的國產品牌鋰電池純電動汽車外,長城汽車、上汽大通、長江汽車、比亞迪等都推出了燃料電池汽車。上海、蘇州、佛山等城市更是提出了燃料電池汽車產業化的發展政策。

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新能源汽車產業是一個典型案例,說明中國的企業在不同的技術路線上齊頭並進。如果有一天,以上任何一種技術路線實現了壓倒性的勝出,那麼我們至少能夠實現不出現技術空白。比起新能源汽車產業更加宏大和重要的,是第四次工業革命會以何種方式引爆。國際上比較公認的技術突破口包括:石墨烯、量子技術、可控核聚變、新能源、生物技術等。目前,全世界只有中美兩個國家在以上所有領域展開了研究。雖然美國仍然擁有全世界最頂尖的科學家和科研院校,但是美國每年畢業的理工科大學生僅有不到57萬人,而中國大約為470萬人。很明顯,中國有更多的人力資源可以投入到更多的研究領域和方向上。這就是“概率意識”發揮作用的地方:顯然中國能夠實現突破的領域更多!

這裡一定會有很多人反駁:人家美國擁有更多的頂級科學家,實現科研突破的概率要顯著高於中國科學家。因此,哪怕中國理科畢業生更多,也不一定能做出美國一樣多的研究成果。這個理論確實有道理,但是忽略另一個重大問題:中國市場的變現能力。為什麼世界前十名的互聯網公司都是中美兩國的?因為美國互聯網企業是靠佔領中國以外的全世界市場而做大的,而中國互聯網企業光佔據中國市場就足夠做到世界級規模了。

怎樣用“摩爾定律失效”理論預測中國經濟前景

因為中國巨大的市場規模,使得任何新技術、新產品、新商業模式在中國市場都能有足夠的用戶基礎,從而獲得足夠的利潤,這將越來越吸引全世界頂尖的科研人才和商業人才來到中國市場淘金。這就可以歸結到“大道理”的分析上了:人和資本的逐利本性。二戰以後,美國網羅了全世界的高科技人才,這是因為美國市場為他們的技術提供了變現途徑:美國法律保護他們的知識產權,美國企業的生產能力足夠讓他們的技術成為能在市場上銷售的產品,美國市場足夠大到能讓他們的技術賺大錢。今天的美國,最優秀的畢業生學的大多數出自金融和法律兩個專業,因為這是美國變現途徑最好的兩個職業。今天的美國,企業賺到錢不是投入到總統心心念念要復興的製造業,而是回購自家股票推高股價來炒股,因為股市是2020年3月份之前美國最掙錢的領域。

中國則與之相反。特斯拉是美國製造業的明星標杆,市值超過通用汽車和福特汽車的總和。特斯拉在美國本土飽受產能不足的困擾,而來到中國之後的神速建廠、神速投產,都反應出中國產業的強大能力。而國產特斯拉的銷售火爆,更加反應了中國市場的消費能力,也就對應著廠商的技術和產品變現能力。這都是人性和資本逐利性這個“大道理”的真實體現。

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近期這個特殊局勢,讓很多人疾呼“去全球化”將給中國經濟造成巨大打擊。從任何一個角度來看,“去全球化”對中國乃至世界上絕大多數國家,一定是有消極影響的。但是,某些別有用心的人覺得這會對我們經濟造成巨大打擊也是不現實的。人類工業化和自動化發展到今天這個程度,絕大多數行業的生產能力都是過剩的。換句話說,對於絕大多數行業,誰掌握市場,誰才掌握真正的話語權。那麼誰是真正的世界第一大單一市場呢!真正的去全球化,不單單隻會消極地影響中國,也同樣會影響到其他絕大多數國家,比如新西蘭捕撈的龍蝦,比如智利種植的車釐子,比如東南亞旅遊市場等等。他們需要中國人買他們的東西,我們就能和他們談判,讓他們對等地買我們的產品。當然,有必要的話也要讓他們賣我們需要的原材料。去全球化對於我們來說,只不過是多了一些一對一的談判工作。真的要是全世界所有國家都各自關起門來不和其他任何國家來往,大多數國家都活不下去!

因此,“摩爾定律失效”這個討論給了我們審視中國經濟一個更加全面和整體的視角。摩爾定律的精髓是關注計算能力的提升,巨大的芯片產業和市場為芯片技術的研發提供了無數的資金資源、無數的物質資源、無數的人力資源,使得無數企業和技術人員從各個方向開拓新技術、新材料、新工藝、新應用等,最終總有最優解的誕生,持續推動計算能力的提升。

怎樣用“摩爾定律失效”理論預測中國經濟前景

中國經濟也是同樣的道理。十四億人的統一單一大市場能夠對各種各樣的技術、產品、服務、商業模式產生足夠巨大的有利可圖的需求,從而推動著無數的資金、物質、人力去研發、生產、配送這些產品和服務。在巨大的人力資源和智力資源的推動下,中國在每一個行業、每一個技術發展方向上都有企業在投入研發。這樣的全面推進就是全領域試錯,也就是“十個雞蛋放在十個籃子裡”的分散投資。無論哪個技術方向勝出,都會有中國企業的參與;無論誕生什麼樣的新行業、新商業模式,也都會有中國企業不掉隊。這樣的發展,只要內部保持穩定,中國經濟的前景就一定不會差。


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