算力扩张逼近缩放定律极限

驱动中国10月20日消息，据麻省理工科技评论报道，在数据中心大规模建设持续升温的同时，支撑过去数十年计算性能提升的“缩放定律”正出现放缓甚至失效迹象。文章指出，当前行业更多依靠新建数据中心、堆叠芯片和网络设备来换取算力，而传统芯片尺寸缩小、密度提升带来的低成本进步正在减弱。

这一判断可追溯到1959年12月29日。当天，物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）在加州理工学院举行的美国物理学会会议上发表题为“底部空间充裕”（There’s Plenty of Room at the Bottom）的演讲，提出人类可以在极小尺度上操纵和控制物质。他认为，物理定律并不阻止人们把整部《大英百科全书》写在针尖上，也不阻止将人类写过的所有书存储在一粒灰尘大小的物体中，甚至可以从原子层面排列物质。费曼指出，生命系统已经实现了类似能力，细胞用少量DNA保存指令，因此这些设想在物理上是被允许的，只是当时缺少制造工具。

此后数十年，半导体产业沿着这一方向快速推进。晶体管作为计算机芯片中的核心开关，尺寸不断缩小，芯片密度随之提升，原本占据整个房间的计算机最终缩小到可以放入手表。然而，文章认为，这种“几乎免费”的性能下降阶段已经停滞。最明显的信号来自数据中心建设：全球六大超大规模云服务商今年计划在计算基础设施上投入超过7000亿美元，约为2025年创纪录投入的两倍。它们正在比电网供电能力更快地浇筑混凝土、铺设铜线和制造硅片。

这种投入本质上是在用规模换取性能，即增加已经知道如何制造的设备数量。与过去让芯片变得更强的工程进步相比，这条路线并不依赖新的缩放红利。文章提到，20世纪信息时代中几条关键趋势线在21世纪智能时代开始弯曲甚至断裂：摩尔定律描述硅片上晶体管密度提升，已经放缓；登纳德缩放定律（Dennard’s Law）认为芯片面积不变时功耗不随晶体管缩小而增加，已经结束；库梅定律（Koomey’s Law）追踪单位能量可完成多少计算，开始疲软；克里德定律（Kryder’s Law）描述磁存储位密度提升，速度大幅放缓；凯克定律（Keck’s Law）反映单根传统光纤传输信息量增长，趋于平坦。

文章强调，这些缩放定律并不是基本物理定律，而是对工程系统表现的观察。计算和通信的物理极限由量子力学、广义相对论和信息论决定，仍远低于当前数据中心所触及的边界。换句话说，过去几十年的产业进步描绘的是已经走过的下降路径，而物理极限仍指向尚未被充分开发的剩余空间。

不过，接近这些极限并不等于可以轻易实现。文章认为，即便部分极限在实践上仍遥远，探索它们仍具有双重价值：一方面可能推动停滞的技术范式转换，另一方面也能加深人类对物理规律本身的理解。一个接近极限的概念验证系统，既是新技术，也是基础科学实验。

费曼当年还曾自掏腰包设立两项各1000美元的奖金，其中一项奖励给第一个制作出小于0.4毫米立方体且能正常工作的电动机的人。他原本预计这一挑战会迫使发明者创造全新的微技术。大约一年后，加州理工工程师威廉·麦克莱伦（William McLellan）带着运行中的电机完成挑战，该电机重量约为0.25毫克。这一细节也被文章用来说明，当“底部空间”被打开时，工程实践往往比预期更快逼近物理边界。