这个问题仔细想想还是挺有意思的。
虞前辈说『CPU 不希望转化能量』是很正确的,但即使理论上,CPU 也做不到不消耗任何能量的。
计算机的工作本质上是对信息进行处理,而信息是可以用熵(entropy)来衡量的。可以想象一下,在一个一片混沌的系统中,你控制了一个 bit,把它设定为了 0 或者 1,那么这个时候这个系统的就不再像原来那样完全无序了,这是一个熵减的过程。同理,当你用 CPU 进行计算的时候,把一些无序的信息转化为有序的信息,这其中真正有效的部分不是转化为什么能了,而是——变成熵减了!
那么我们改变 1 bit 需要的能量是多少呢?根据兰道尔原理(Landauer's principle),室温下,改变 1 bit 最少需要 2.75 zJ (2.75x10-21)的能量。而以人类现在的技术制造出来的 CPU,每个 operation 基本都在几十甚至几百 pJ(10-12),差了大概 9 个量级!也就是说,现在的 CPU 消耗的能量,绝大多数都是无用功!
从这个角度来看,现在的 CPU 确实弱爆了。
但和理论不同的是,现实世界中,信息是要通过『介质』来呈递的,而在我们现有的技术下,这个『介质』就是电,实现的方式就是用半导体集成电路。我们通过电位的高低来表示这是一个 1 还是一个 0。那么维持这个电位,改变这个电位,都需要克服半导体的物理属性; 想把这个电信号传递传递出去,就不能忽略电子在导体流动的过程中由于电阻产生的消耗;也正是因为有电阻,电流流过会发热,为了防止过热对半导体的属性造成不利影响,又需要引入散热机制,比如用风扇散热等等——把这些能量都加起来,自然会远远大于改变熵的那点能量了。
其实综观整个计算机的发展史,从机械计算机,到电子管计算机,到现在的半导体计算机,再到未来可能的超导计算机、量子计算机,人类一直在试图减小信息介质的能量消耗,从而造出更高效,更快速的计算机。至于说摩尔定律走到尽头,本质上也是一回事儿——在现有的半导体技术下对信息介质的性能已经快压榨到极限了。
所以关于下一代计算机会是怎样的这个问题,计算机科学家是回答不了的,还要看物理学家们怎么说。 (甩锅成功(逃