辛冬播，李廷軍

（江漢大學(xué)教育學(xué)院，湖北武漢 430056）

0 引言

1965年4月，《電子》雜志（Electronics）發(fā)表了一篇只有3 頁(yè)的論文——Cramming more components onto integrated circuits（《集成電路里正塞入更多的元件》）［1］。文章作者戈登·摩爾（Gordon Moore）當(dāng)時(shí)就職于仙童攝影器材公司的子公司仙童半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor），其在文中指出：隨著成本曲線的降低，集成電路上可以封裝的元件數(shù)目迅速增加，并預(yù)測(cè)到1970 年，一個(gè)集成電路上可以集成1 000個(gè)元件，每個(gè)元件的生產(chǎn)成本將是1965年的1/10，并且集成電路的集成程度每年將以2 倍速增長(zhǎng)，以公式表示即為：（f(Δtn)=Q2n）。據(jù)此測(cè)算，1975年最低成本下單位集成電路封裝的元件數(shù)目可以達(dá)到65 000個(gè)，具體如圖1所示。

Fig.1 Cost curve（left），component integration（right）圖1 成本曲線（左）、元件集成度（右）

1968 年，戈登·摩爾離開仙童公司并創(chuàng)立了英特爾（Intel），他繼續(xù)將上述觀察和推測(cè)作為芯片研發(fā)工作的指引，而后集成電路的不斷發(fā)展印證了他的預(yù)測(cè)，于是有人將其命名為摩爾定律［2］。計(jì)算機(jī)科學(xué)家卡弗·米德（Carver Mead）在很多場(chǎng)合談到過(guò)摩爾定律，促進(jìn)了其傳播，曾被認(rèn)為是其命名者，但實(shí)際情況已難以考證［3］。1975 年，戈登·摩爾認(rèn)為集成電路增長(zhǎng)速度會(huì)有所放緩，遂將摩爾定律中的速度修改為每2 年翻一番。雖然此后實(shí)際狀況基本上是按每18 個(gè)月翻一番的速度發(fā)展的，但戈登·摩爾并沒(méi)有再修改其定律［4］。

摩爾定律原指單位集成電路封裝的元件數(shù)目增加及單位成本相應(yīng)下降的趨勢(shì)隨時(shí)間發(fā)展的一種規(guī)律，但在傳播過(guò)程中出現(xiàn)了很多版本，主要有以下幾種：①集成電路芯片上所集成電路的數(shù)目每隔18 個(gè)月就翻一番；②微處理器的性能每隔18 個(gè)月提高一倍，而價(jià)格下降一半［5］；③IC 芯片上可容納的晶體管數(shù)目每隔約18 個(gè)月便會(huì)增加一倍，計(jì)算機(jī)性能也將提升一倍［6］。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，摩爾定律并不是定律，而只是一種觀察和推測(cè)。經(jīng)過(guò)50 多年的發(fā)展，戈登·摩爾認(rèn)為集成電路技術(shù)的發(fā)展速度會(huì)減慢，摩爾定律可能會(huì)逐步退出歷史舞臺(tái)。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們開始將摩爾定律套用到各種指數(shù)式發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品上，于是安放在吉姆·格雷（Jim Gray）名下的新摩爾定律便橫空出世了，即每18 個(gè)月全球新增信息量是計(jì)算機(jī)有史以來(lái)全部信息量的總和。吉姆·格雷是當(dāng)代最杰出的數(shù)據(jù)庫(kù)大師，是數(shù)據(jù)庫(kù)和交換處理系統(tǒng)領(lǐng)域的領(lǐng)頭人，是美國(guó)國(guó)家工程院院士、美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）院士、微軟公司高級(jí)研究員，曾獲得1994年美國(guó)技術(shù)研究院大獎(jiǎng)，以及號(hào)稱計(jì)算機(jī)行業(yè)諾貝爾獎(jiǎng)的圖靈獎(jiǎng)（1998 年）［7］。遺憾的是，他在2007 年出海后失蹤［8］。與戈登·摩爾專注基礎(chǔ)技術(shù)半導(dǎo)體工業(yè)不同，吉姆·格雷是數(shù)據(jù)庫(kù)及處理系統(tǒng)方面的專家，如果他真的提出過(guò)關(guān)于數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)的新摩爾定律，以其背景而言似乎水到渠成，理所當(dāng)然。然而，筆者認(rèn)為所謂的吉姆·格雷新摩爾定律的表述有些問(wèn)題。計(jì)算機(jī)有史以來(lái)全部信息量總和是否為固定值并不明確。如果按固定值來(lái)看，以Q 表示計(jì)算機(jī)有史以來(lái)全部信息量總和，那么再過(guò)18 個(gè)月全球新增信息量f(Δt1)=f(t2) -f(t1)=Q，而36 個(gè)月之后f(Δt2)=f(t3) -f(t2)=Q，其總量增速如圖2 所示，這是一種減速遞增關(guān)系，簡(jiǎn)單計(jì)算能得出其倍數(shù)將依次為2、1.5、1.33、1.25……。而摩爾定律是一段周期翻一番的2 倍指數(shù)倍遞增關(guān)系（f(Δtn)=Q2n），二者相差甚遠(yuǎn)。如果計(jì)算機(jī)有史以來(lái)全部信息量總和不是固定值，即也包括了每18 個(gè)月的信息量，那么就會(huì)造成邏輯混亂。筆者深感困惑，于是追溯相關(guān)文獻(xiàn)，探究吉姆·格雷是否真的提出過(guò)新摩爾定律。

Fig.2 The information quantity increment relationship圖2 信息量增量關(guān)系

1 新摩爾定律文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)與相關(guān)表述

1.1 新摩爾定律文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)

在知網(wǎng)以“新摩爾定律”為關(guān)鍵詞進(jìn)行主題搜索，整理得到65 篇中文文獻(xiàn)，如圖3 所示。文獻(xiàn)發(fā)表年度跨度為1999-2020 年，其中以2009 年發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量最多，2000年次之，2015年再次之。

采用Citespace 軟件分析關(guān)鍵詞共現(xiàn)情況，結(jié)果如圖4所示。可以看出，各關(guān)鍵詞之間離散程度較大，但新摩爾定律與大數(shù)據(jù)、摩爾定律的關(guān)聯(lián)性在圖中仍有所體現(xiàn)。

關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析結(jié)果如圖5 所示，新摩爾定律作為關(guān)鍵詞于2006 年首次出現(xiàn)。以下將對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)表述進(jìn)行具體分析。

Fig.3 Annual trends of published Chinese literatures about"New Moore's Law"圖3 新摩爾定律相關(guān)中文文獻(xiàn)發(fā)表年度趨勢(shì)

Fig.4 Key words co-occurrence圖4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)

Fig.5 Key words with the strongest citation bursts圖5 關(guān)鍵詞突現(xiàn)

在Web of Science 中以“data（數(shù)據(jù)）”和“Moore’s Law（摩爾定律）”為關(guān)鍵詞進(jìn)行主題搜索，共查詢到171 篇相關(guān)英文文獻(xiàn)。同時(shí)，在這171 篇文獻(xiàn)中再以“Gray”為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索，文獻(xiàn)結(jié)果為0，這說(shuō)明相關(guān)英文文獻(xiàn)的標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞中沒(méi)有關(guān)于吉姆·格雷新摩爾定律的表述。據(jù)此初步推測(cè)，吉姆·格雷并未提出過(guò)新摩爾定律，之所以中文文獻(xiàn)中出現(xiàn)相關(guān)表述，應(yīng)是國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)吉姆·格雷某些觀點(diǎn)的誤讀。

1.2 新摩爾定律相關(guān)表述

檢索到的中文文獻(xiàn)中關(guān)于新摩爾定律的表述主要有以下幾種：1999 年，侯自強(qiáng)［9］提出：“我們不妨稱因特網(wǎng)流量每半年翻一番的估計(jì)為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新摩爾定律?！?006年，王克朝［10］在其碩士學(xué)位論文的摘要中提到：“圖靈獎(jiǎng)獲得者Jim Gray 提出了一個(gè)新的經(jīng)驗(yàn)定律：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下每18個(gè)月產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量等于有史以來(lái)數(shù)據(jù)量之和。”2007 年，謝長(zhǎng)生等［11］提到：“信息時(shí)代的到來(lái)意味著數(shù)字信息量的不斷增長(zhǎng)。1998 年圖靈獎(jiǎng)獲得者Jim Gray 曾說(shuō)過(guò)：‘從現(xiàn)在起，每18 個(gè)月新增存儲(chǔ)量等于有史以來(lái)存儲(chǔ)量之和。’”2008 年，孟小峰［12］提到：“圖靈獎(jiǎng)獲得者Jim Gray 曾在1998 年的獲獎(jiǎng)演說(shuō)中對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)量急劇增長(zhǎng)的規(guī)律做過(guò)這樣的預(yù)言：未來(lái)每18 個(gè)月產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量等于有史以來(lái)的數(shù)據(jù)量之和！”2011 年，羅東?。?3］提到：“互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，每18 個(gè)月新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量等于有史以來(lái)數(shù)據(jù)量之和?！?013 年，楊寅［14］提出：“圖靈獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)逬ames Gray 總結(jié)并提出在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境下，每18 個(gè)月新產(chǎn)生和增加的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)總量等于有史以來(lái)所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量之和的經(jīng)驗(yàn)定律?！?013 年及2015 年，劉鵬等［15-16］提到：“1998 年圖靈獎(jiǎng)獲得者杰姆·格雷（Jim Gray）提出著名的新摩爾定律：每18個(gè)月全球新增信息量是計(jì)算機(jī)有史以來(lái)全部信息量的總和?！?018年，周蘭［17］指出：“圖靈獎(jiǎng)獲得者Jim Gray 更是提出新摩爾定律，即每18 個(gè)月全球新增信息量是計(jì)算機(jī)有史以來(lái)全部信息量的總和?！?020 年，董凱［18］提到：“圖靈獎(jiǎng)獲得者杰姆·格雷提出的著名的新摩爾定律：每18 個(gè)月全球新增信息量是計(jì)算機(jī)有史以來(lái)全部信息量的總和?！?/p>

需要指出的是，相關(guān)學(xué)者引用所謂的新摩爾定律時(shí)并未辨析來(lái)源，也沒(méi)有結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證，這也正是令人困惑之處。

2 新摩爾定律的源流及辨析

追溯相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，1999 年侯自強(qiáng)首先提出了新摩爾定律的說(shuō)法，但只是個(gè)人經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并沒(méi)有具名吉姆·格雷，其所提出的是網(wǎng)絡(luò)流量每半年翻一番與18 個(gè)月的時(shí)間間隔也不一樣。最早完整提出吉姆·格雷新摩爾定律的應(yīng)是2006 年王克朝的碩士論文，其明確認(rèn)定該定律是吉姆·格雷的經(jīng)驗(yàn)定律，并提出“18 個(gè)月”和“數(shù)據(jù)量”等關(guān)鍵詞。2007 年謝長(zhǎng)生的表述中雖然用到的詞是存儲(chǔ)量，但其緊隨在“數(shù)字信息量的不斷增長(zhǎng)”表述之后，極易使人將該存儲(chǔ)量誤解為數(shù)據(jù)量，之后相關(guān)文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞采用的是數(shù)據(jù)量、信息量之類的表述。此外，孟小峰關(guān)于“圖靈獎(jiǎng)獲得者Jim Gray 曾在1998 年的獲獎(jiǎng)演說(shuō)中……”的表述是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。吉姆·格雷是?998 年度獎(jiǎng)項(xiàng)作的報(bào)告，但是在1999 年演講的，與謝長(zhǎng)石“1998 年圖靈獎(jiǎng)獲得者Jim Gray 曾說(shuō)過(guò)”的表述相比，孟小峰的表述會(huì)使人誤以為是在1998 年發(fā)表的演講。2013 年，劉鵬等將此類表述單獨(dú)冠以新摩爾定律的稱謂，之后其他文獻(xiàn)的表述與其一致，但均未注明出處。

以上提到新摩爾定律的文獻(xiàn)中，只有2008年孟小峰教授的引用注明了出處：What next？A dozen informationtechnology research goals，J.Gray，ACM Turing Award Lecture，June 1999，MS-TR-99-50［19］。該文獻(xiàn)發(fā)表于2003年，為吉姆·格雷圖靈獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)演說(shuō)的精簡(jiǎn)版，文中有3 處提到摩爾定律，分別為：①Prices are falling faster than Moore’s law——storage will likely be a hundred times cheaper in ten years（價(jià)格下跌速度比摩爾定律快——10 年后儲(chǔ)存器價(jià)格可能會(huì)便宜100 倍）；②Moore’s law predicts a doubling every 18 months.This means that，in the next 18 months，there will be as much new storage as all storage ever built，as much new processing as all the processors ever built.The area under the curve in the next 18 months equals the area under the curve for all human history（摩爾定律預(yù)測(cè)每18 個(gè)月就會(huì)翻一番。這意味著，18 個(gè)月后新增的存儲(chǔ)器（數(shù)量）將與現(xiàn)在已有的存儲(chǔ)器一樣多，18 個(gè)月后新增的處理能力將與現(xiàn)在已有的處理器一樣大。未來(lái)18 個(gè)月曲線下面積等于現(xiàn)在為止所有人類歷史曲線下的面積）；③As I said at the beginning，progress appears to be accelerating；the base-technology progress，in the next 18 months，will equal all previous progress，if Moore’s law holds（正如我在一開始所說(shuō)的，進(jìn)展似乎正在加速；如果摩爾定律成立，未來(lái)18 個(gè)月基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)展將等于到現(xiàn)在為止的所有進(jìn)展）。

為進(jìn)一步驗(yàn)證，根據(jù)2003 年這篇文獻(xiàn)的腳注搜索到1999 年版本的原文［20］，文中對(duì)應(yīng)的3 處表述，與上文完全一致。吉姆·格雷在這份獲獎(jiǎng)發(fā)言中主要闡述了12 個(gè)長(zhǎng)期系統(tǒng)研究問(wèn)題：①可擴(kuò)展性（Scalability）。設(shè)計(jì)一個(gè)可擴(kuò)展到106倍的軟件和硬件體系結(jié)構(gòu)，僅通過(guò)添加更多資源，應(yīng)用程序的存儲(chǔ)和處理容量可以自動(dòng)增加100 萬(wàn)倍，工作速度更快（加速106倍）或同時(shí)做106倍的工作；②圖靈測(cè)試（The Turing Test）。建立一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，模仿游戲的勝率至少達(dá)到30%；③語(yǔ)音文本（Speech to Text）。水平如同母語(yǔ)者；④文本語(yǔ)音（Text to Speech）。水平如同母語(yǔ)者；⑤視覺(jué)如人一樣（See as Well as a Person）。能識(shí)別物體和運(yùn)動(dòng)；⑥個(gè)人記憶擴(kuò)展器（Personal Memex）。記錄一個(gè)人看到和聽到的一切，并根據(jù)需要迅速檢索到；⑦世界備忘錄（World Memex）。建立一個(gè)給定文本語(yǔ)料庫(kù)系統(tǒng)，可以回答有關(guān)文本的問(wèn)題，并像該領(lǐng)域的人類專家一樣準(zhǔn)確、快速地總結(jié)文本，這個(gè)系統(tǒng)也能適用于音樂(lè)、圖像、藝術(shù)和電影；⑧遠(yuǎn)程臨場(chǎng)（Tele Presence）。模擬其他地方，使你作為觀察者（遠(yuǎn)程觀察），就如同一位在現(xiàn)場(chǎng)的人一樣能聽到和看到；模擬作為參與者出席另一地點(diǎn)的活動(dòng)（遠(yuǎn)程臨場(chǎng)）。與他人和環(huán)境互動(dòng)，就好像你真的在那里一樣；⑨無(wú)故障的系統(tǒng)（Trouble-free Systems）。建立一個(gè)每天被數(shù)百萬(wàn)人使用的系統(tǒng)，而它只需要一個(gè)兼職人員管理；⑩安全系統(tǒng)（Secure System）。確保問(wèn)題⑨的系統(tǒng)僅服務(wù)授權(quán)用戶，服務(wù)不能被未經(jīng)授權(quán)者中斷，信息也不能被竊?。ㄐ栩?yàn)證）；?隨時(shí)可用（Always Up）。確保系統(tǒng)每百年故障不到1s，即有99.999 999%的可靠性（需驗(yàn)證）；?自動(dòng)編程（Automatic Programmer）。設(shè)計(jì)一種規(guī)范語(yǔ)言或用戶界面，可使人們更容易表述設(shè)計(jì)（更容易1 000 倍），使計(jì)算機(jī)可直接編譯，并可描述所有應(yīng)用程序（已完成）。系統(tǒng)應(yīng)能質(zhì)疑應(yīng)用程序，對(duì)例外情況和規(guī)范完整性提出疑問(wèn)，但使用起來(lái)不應(yīng)很繁瑣。

通過(guò)分析全文可以發(fā)現(xiàn)，吉姆·格雷闡述的增長(zhǎng)是指存儲(chǔ)（Storage）和處理器（Processor），而非數(shù)據(jù)量或信息量，其在文中提到的摩爾定律也只是舊摩爾定律，并未就數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)提出類似的說(shuō)法。此外，吉姆·格雷沒(méi)有將摩爾定律作為這篇文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞之一，也間接證明了這一點(diǎn)。

進(jìn)一步搜索關(guān)于吉姆·格雷的信息，在Web of Science核心合集發(fā)現(xiàn)其有3 篇以“Gray J”署名的文獻(xiàn)，包含在其ACM 作者檔案［21］中所列的112 篇出版文獻(xiàn)中，其中就有What next？A dozen information-technology research goals（1999 年及2003 年）。此外，微軟公司eScience 研究組（Microsoft Research′s eScience Group）在吉姆·格雷主頁(yè)［22］整理了其未完結(jié)的項(xiàng)目，在這些文獻(xiàn)篇名、關(guān)鍵詞、摘要等中均未出現(xiàn)Moore’s Law（摩爾定律）這一關(guān)鍵詞，因此無(wú)法證實(shí)吉姆·格雷提出過(guò)新摩爾定律。

針對(duì)漸有流行趨勢(shì)的吉姆·格雷新摩爾定律，首先經(jīng)文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)大多數(shù)中文文獻(xiàn)中未注明引用出處，也沒(méi)有結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證；其次進(jìn)一步追根溯源，分析各文獻(xiàn)表述，理清了國(guó)內(nèi)有關(guān)新摩爾定律的各種來(lái)由；最后辨析各中文文獻(xiàn)原文，查證相關(guān)英文文獻(xiàn)，未找到吉姆·格雷提出新摩爾定律的直接證據(jù)。結(jié)合邏輯分析，以及全球數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，所謂的吉姆·格雷新摩爾定律表述本身也有明顯漏洞。據(jù)此推測(cè)，吉姆·格雷并沒(méi)有提出過(guò)新摩爾定律，該定律應(yīng)是國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)吉姆·格雷某些觀點(diǎn)的誤讀。當(dāng)然，吉姆·格雷也許在其他地方確實(shí)提出過(guò)類似觀點(diǎn)，受限于文獻(xiàn)查找范圍沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)。

3 大數(shù)據(jù)時(shí)代信息總量增長(zhǎng)規(guī)律

所謂的吉姆·格雷新摩爾定律一直強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)有史以來(lái)全部信息量，而人類自公元前3000 年開始書寫后就在不斷創(chuàng)造和保存數(shù)據(jù)信息，而且人類歷史上技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)數(shù)據(jù)和信息量大幅增長(zhǎng)的情況也曾發(fā)生過(guò)，例如15 世紀(jì)印刷術(shù)發(fā)明后以及19 世紀(jì)后期出版成本下降時(shí)。計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)的相繼問(wèn)世使數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度今非昔比，如今進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，全球數(shù)據(jù)量更是飛速增長(zhǎng)。根據(jù)Statista 的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，2020 年全球數(shù)據(jù)產(chǎn)生量預(yù)計(jì)達(dá)到47ZB（1ZB 即1012GB），而到2035 年，這一數(shù)字將達(dá)到2 142ZB。信息技術(shù)在未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)將保持漸進(jìn)式發(fā)展態(tài)勢(shì)，其中數(shù)據(jù)處理能力遠(yuǎn)落后于指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)體量。圖6 為全球每年產(chǎn)生數(shù)據(jù)量估算圖，這一指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)速率，即年均增速平均為1.3 倍，也就是約每3 年翻一番，這與國(guó)際數(shù)據(jù)公司（IDC）預(yù)測(cè)的2020-2024 年數(shù)據(jù)增長(zhǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）26%基本一致。

Fig.6 Global annual data volume estimation圖6 全球每年產(chǎn)生數(shù)據(jù)量估算

4 結(jié)語(yǔ)

全球數(shù)據(jù)總量飛速增長(zhǎng)的趨勢(shì)已是共識(shí)，其增長(zhǎng)規(guī)律預(yù)測(cè)的可信度與是否為吉姆·格雷所提出并無(wú)直接關(guān)系。將全球數(shù)據(jù)總量指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)規(guī)律命名為新摩爾定律無(wú)可厚非，但也完全沒(méi)有必要無(wú)中生有地拉吉姆·格雷來(lái)為其站臺(tái)。根據(jù)前文提到的相關(guān)統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)，大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)據(jù)總量增長(zhǎng)的新摩爾定律應(yīng)該表述為全球數(shù)據(jù)總量每3年將翻一番。同樣的，這個(gè)新摩爾定律也只是一種觀察和推測(cè)，并不是一個(gè)真正的定律，今后完全可以根據(jù)數(shù)據(jù)總量增長(zhǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行修正。