智慧手機反覆運算越來越快 摩爾定律還適用嗎？
9月25日消息，據AndroidAuthority報導，早在1965年，英特爾公司聯合創始人戈登·摩爾（Gordon Moore）就曾提出摩爾定律，預測密實積體電路板上使用的電晶體數量每隔兩年就會翻一番。然而在通常情況下，這個定律被推斷適用於所有技術。
以我們口袋裡的智慧手機為例，這種設備可能比幾年前的電腦還要強大。NASA的電腦曾説明宇航員登上月球，而現在的手機比NASA曾經使用的電腦還要強大數百萬倍，
三星Galaxy S8可能不會讓人覺得比Galaxy S7或Galaxy S6強大2倍。在過去幾年裡，我們使用手機的方式並沒有發生太大變化。現在使用普通智慧手機，你幾乎可以做任何想做的事情，
1.規格對比
首先，我們可以從智慧手機的規格方面來看。與以前的智能手機相比，最新智慧手機規格有哪些變化？鑒於本文作者是三星手機的忠實用戶，為此他以三星多款旗艦手機為例，並從Geekbench中添加了部分基準評分，以此來證明這些規格在“真實世界”中的表現。
圖表顯示，手機在漸進式改進，但規格和性能提高都沒有翻倍。這可能會歸結于製造商專注于其他功能，而不是盲目地遵守摩爾定律。智慧手機不僅要比去年快得多，而且結構也要更漂亮，電池效率、解析度也要更高。CPU性能並不是唯一要優先考慮的因素，
2.關於CPU工作原理
看看上面的表格，你可以看到GHz和性能之間的關係並不密切。僅看GHz，你會發現相當扭曲的畫面。給予CPU的指令通常是連續的，並且將會在“管道（隱喻）”中排隊等待電腦執行。時鐘速度可以告訴你CPU能夠多快地獲取並執行每個指令。而GHz是一種測量速度的方法，2GHz的CPU可以執行每秒20億次迴圈。
但實際情況要比這複雜得多，因為CPU可以使用各種各樣的技巧，以便在每個週期中執行更多的指令，或者更有效地執行它們。例如，在當前指令完成之前，CPU就開始獲取下個指令，並將它們的“管道”分解為多個階段，這樣可以更高效地執行。同樣地，執行引擎可以分成兩個獨立的單元，可以並行運行。這種“指令級並行”（ILP）意味著可以同時執行多個指令。
這些提高效率的技巧通常被描述為使“管道更寬、更長”，這兩種方法都可以增加每個週期執行指令的數量和效率。但這裡也存在限制，因為有些任務需要按循序執行，但這是從晶片中擠出更多性能的另一種方法。這意味著，在許多情況下，時鐘速度較慢的CPU仍然可以保持更快的速度。它正在經歷更少的革命，但它正在做更多的工作。
在此之前，我們甚至還沒有提到擁有多個內核來平衡任務、提高效率、節約能源、處理熱量、防止節流或使用緩存等功能，這些方法都能方便地存儲有用的資訊。與之類似，我們也忽略了GPU，它能處理特定類型的任務，這些任務對於繪製圖形或內存儲資訊都非常有用。設備的整體性能是由許多較小的元素協同工作決定。CPU只是SoC的一小部分，而後者也是整個設備的一小部分。
3.晶片製造工藝
但請記住，摩爾定律所說的是晶片上電晶體的數量。CPU上的電晶體越多，它就越“聰明”。電晶體是一種很小的開關，可以用來創建邏輯門，而邏輯門則可充當你手機的“大腦”。在晶片每平方釐米面積上安裝的電晶體越多，能夠安裝到設備裡的總數就越多。這就是電晶體的密度，也就是10nm晶片中10所代表的含義。這裡的nm意為“納米”，它測量的距離是單獨電晶體的一半。數位越小，電晶體就越小，所適應的空間也就越小。
從美國版本的Galaxy S8中使用的高通驍龍835來看，它使用了10nm的設計。通過這種方式，它聲稱比前身縮小了35%，節能25%。Galaxy S7上使用的三星Exynos 8890怎麼樣？它屬於14nm晶片。而Galaxy S6的Exynos 7420也是14nm。這些都是定制的處理器，但它們都基於相同的ARM架構。
三星和台積電等公司目前正在開發7nm晶片（三星贏得了10nm工藝競賽），而台積電已經在尋找製造5nm和3nm晶片的工廠！最重要的是，這是另一種衡量設備性能的標準，它與摩爾實際討論的內容擁有更緊密的聯繫。很明顯，晶片性能仍在以非常快的速度增長，即使沒有以每個兩年翻一倍的速度加速。
4.電晶體的數量
但僅僅因為你能把更多晶體管裝進更小的空間，並不一定意味著晶片上會有更多晶體管，這取決於晶片的大小。那麼在這些CPU上你能找到多少個電晶體呢？驍龍835上擁有30億個電晶體。相比而言，人類大腦中大約有1000億個神經元。
不幸的是，這些資訊對所有智慧手機來說都是不可用的，三星此前機型沒有具體資料。儘管這是一個不完美的測試，當讓我們看看另一個移動SoC，iPhone 5s據說採用了蘋果A7雙核晶片，擁有10億個電晶體，僅是Galaxy S8的1/3。A8晶片上的電晶體數量達到了20億。如果我們把它們的Geekbench分數彙集起來，我們可以看到這個結論：
當然，將電晶體數量增加一倍，並不一定讓性能在現實世界中提高一倍。事實上，在A7和A8之間的性能差異相對較小，儘管後者電晶體數量是前者的2倍，但它們擁有相同的RAM和GHz。更大的電晶體密度並不一定會帶來更高的性能和速度，因為製造商有時會“選擇”如何最好地使用這些新電晶體。在某些情況下，他們可能專注於與性能沒有直接相關的功能。例如，ARM有一個提高SoC的功率效率的系統，叫做“big.Little”。它主要使用兩種不同的動力核心來完成更輕更密集的任務。
這些功能更多地是出於對電池續航時間和熱量管理的關注，而不是純粹的計算速度。這是GPU通常可以比CPU更快地提高速度的原因之一，因為更專注於某些功能。有趣的是，看看iPhone 8和iPhone X上的A11晶片，它有43億個電晶體。不過，麒麟970於2017年在IFA推出時，號稱擁有55億個電晶體，以支援人工智慧功能。
5.登納德縮放比例定律
登納德縮放比例定律（Dennard scaling）又被稱為MOSFET scaling，是另一個類似的摩爾定律。它指出，當電晶體變小時，它們的功率密度保持不變。這意味著功率使用應與區域關聯，而與開關的數量無關。我們不僅要在“成本效益最佳”的情況下，每年看到電晶體的數量翻倍，而且這些電晶體應該使用更少的功率，同時不會產生更多熱量。
為了讓摩爾定律繼續對美國智慧手機消費者和製造商有用，登納德縮放比例定律也需要成立。直到2000年，這個目標才終於實現。登納德縮放比例定律在每個較低的節點上不再適用，這意味著無法確保這些密集的晶片必然會導致功耗降低。這也證明，雖然電晶體的數量增加了1倍，但其性能卻並未相應增強。
從技術上說，登納德縮放比例定律已經被打破多年，而摩爾定律也不像以前那樣適用。將科技視為“加倍”增強的趨勢正變得越來越少，因為現實要複雜得多。不僅如此，摩爾定律也只被嚴格地限制在電晶體密度的範疇，這對設備性能不再屬於完整的測量。許多人沒有意識到的是，摩爾本人在1995年修改了他的定律，稱電晶體的密度每兩年翻一番。而且，這個定律總是被認為是“近似值”。
手機裡的硬體還在快速改進，雖然還沒有翻倍。這在一定程度上是因為OEM廠商在其他方面投入更多注意力和預算，部分原因是衡量性能遠比計算電晶體的數量要複雜得多。無需覺得這個消息太糟糕！你的手機速度或記憶體可能沒有提升兩倍，但它肯定比之前的手機更強大。像移動VR和4K螢幕這樣的新技術很可能會以更快的速度推動事物向前發展。（小小）
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這樣可以更高效地執行。同樣地，執行引擎可以分成兩個獨立的單元，可以並行運行。這種“指令級並行”（ILP）意味著可以同時執行多個指令。這些提高效率的技巧通常被描述為使“管道更寬、更長”，這兩種方法都可以增加每個週期執行指令的數量和效率。但這裡也存在限制，因為有些任務需要按循序執行，但這是從晶片中擠出更多性能的另一種方法。這意味著，在許多情況下，時鐘速度較慢的CPU仍然可以保持更快的速度。它正在經歷更少的革命，但它正在做更多的工作。
在此之前，我們甚至還沒有提到擁有多個內核來平衡任務、提高效率、節約能源、處理熱量、防止節流或使用緩存等功能，這些方法都能方便地存儲有用的資訊。與之類似，我們也忽略了GPU，它能處理特定類型的任務，這些任務對於繪製圖形或內存儲資訊都非常有用。設備的整體性能是由許多較小的元素協同工作決定。CPU只是SoC的一小部分，而後者也是整個設備的一小部分。
3.晶片製造工藝
但請記住，摩爾定律所說的是晶片上電晶體的數量。CPU上的電晶體越多，它就越“聰明”。電晶體是一種很小的開關，可以用來創建邏輯門，而邏輯門則可充當你手機的“大腦”。在晶片每平方釐米面積上安裝的電晶體越多，能夠安裝到設備裡的總數就越多。這就是電晶體的密度，也就是10nm晶片中10所代表的含義。這裡的nm意為“納米”，它測量的距離是單獨電晶體的一半。數位越小，電晶體就越小，所適應的空間也就越小。
從美國版本的Galaxy S8中使用的高通驍龍835來看，它使用了10nm的設計。通過這種方式，它聲稱比前身縮小了35%，節能25%。Galaxy S7上使用的三星Exynos 8890怎麼樣？它屬於14nm晶片。而Galaxy S6的Exynos 7420也是14nm。這些都是定制的處理器，但它們都基於相同的ARM架構。
三星和台積電等公司目前正在開發7nm晶片（三星贏得了10nm工藝競賽），而台積電已經在尋找製造5nm和3nm晶片的工廠！最重要的是，這是另一種衡量設備性能的標準，它與摩爾實際討論的內容擁有更緊密的聯繫。很明顯，晶片性能仍在以非常快的速度增長，即使沒有以每個兩年翻一倍的速度加速。
4.電晶體的數量
但僅僅因為你能把更多晶體管裝進更小的空間，並不一定意味著晶片上會有更多晶體管，這取決於晶片的大小。那麼在這些CPU上你能找到多少個電晶體呢？驍龍835上擁有30億個電晶體。相比而言，人類大腦中大約有1000億個神經元。
不幸的是，這些資訊對所有智慧手機來說都是不可用的，三星此前機型沒有具體資料。儘管這是一個不完美的測試，當讓我們看看另一個移動SoC，iPhone 5s據說採用了蘋果A7雙核晶片，擁有10億個電晶體，僅是Galaxy S8的1/3。A8晶片上的電晶體數量達到了20億。如果我們把它們的Geekbench分數彙集起來，我們可以看到這個結論：
當然，將電晶體數量增加一倍，並不一定讓性能在現實世界中提高一倍。事實上，在A7和A8之間的性能差異相對較小，儘管後者電晶體數量是前者的2倍，但它們擁有相同的RAM和GHz。更大的電晶體密度並不一定會帶來更高的性能和速度，因為製造商有時會“選擇”如何最好地使用這些新電晶體。在某些情況下，他們可能專注於與性能沒有直接相關的功能。例如，ARM有一個提高SoC的功率效率的系統，叫做“big.Little”。它主要使用兩種不同的動力核心來完成更輕更密集的任務。
這些功能更多地是出於對電池續航時間和熱量管理的關注，而不是純粹的計算速度。這是GPU通常可以比CPU更快地提高速度的原因之一，因為更專注於某些功能。有趣的是，看看iPhone 8和iPhone X上的A11晶片，它有43億個電晶體。不過，麒麟970於2017年在IFA推出時，號稱擁有55億個電晶體，以支援人工智慧功能。
5.登納德縮放比例定律
登納德縮放比例定律（Dennard scaling）又被稱為MOSFET scaling，是另一個類似的摩爾定律。它指出，當電晶體變小時，它們的功率密度保持不變。這意味著功率使用應與區域關聯，而與開關的數量無關。我們不僅要在“成本效益最佳”的情況下，每年看到電晶體的數量翻倍，而且這些電晶體應該使用更少的功率，同時不會產生更多熱量。
為了讓摩爾定律繼續對美國智慧手機消費者和製造商有用，登納德縮放比例定律也需要成立。直到2000年，這個目標才終於實現。登納德縮放比例定律在每個較低的節點上不再適用，這意味著無法確保這些密集的晶片必然會導致功耗降低。這也證明，雖然電晶體的數量增加了1倍，但其性能卻並未相應增強。
從技術上說，登納德縮放比例定律已經被打破多年，而摩爾定律也不像以前那樣適用。將科技視為“加倍”增強的趨勢正變得越來越少，因為現實要複雜得多。不僅如此，摩爾定律也只被嚴格地限制在電晶體密度的範疇，這對設備性能不再屬於完整的測量。許多人沒有意識到的是，摩爾本人在1995年修改了他的定律，稱電晶體的密度每兩年翻一番。而且，這個定律總是被認為是“近似值”。
手機裡的硬體還在快速改進，雖然還沒有翻倍。這在一定程度上是因為OEM廠商在其他方面投入更多注意力和預算，部分原因是衡量性能遠比計算電晶體的數量要複雜得多。無需覺得這個消息太糟糕！你的手機速度或記憶體可能沒有提升兩倍，但它肯定比之前的手機更強大。像移動VR和4K螢幕這樣的新技術很可能會以更快的速度推動事物向前發展。（小小）
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