這篇文章提出了一個(gè)“技術(shù)自由空間”的概念,并應(yīng)用了一種MmT坐標(biāo)系。
當(dāng)人類實(shí)現(xiàn)了空間或時(shí)間上的某個(gè)宏觀或者微觀尺度,即稱為該尺度下的技術(shù)自由。
“技術(shù)自由空間”,用來(lái)度量人類探索世界的自由度,隨著這個(gè)空間范圍的擴(kuò)大,人類探索世界的自由度也就越大。
技術(shù)自由空間=微觀技術(shù)自由空間+宏觀技術(shù)自由空間
1 K MG TP
千 兆 吉 太 拍
1999年,我在寫(xiě)研究生論文,導(dǎo)師給了我一臺(tái)486電腦,500M硬盤,4M內(nèi)存,操作系統(tǒng)安裝的是Windows 95,占用了100多M硬盤空間,剩下的不到400M供其它軟件安裝和文件存儲(chǔ)。而僅僅4M的內(nèi)存空間則提供了所有軟件運(yùn)行的空間。
今天,主流的筆記本電腦硬盤1T(增大了2000倍)內(nèi)存16G(增大了4000倍),操作系統(tǒng)安裝Windows 10,初始需要占用3~4G以上的空間,隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng),最終需要占用40G以上的空間。
從計(jì)算機(jī)術(shù)語(yǔ)上來(lái)說(shuō),1K是指的1024個(gè)單位,為什么用1024呢,因?yàn)樵?進(jìn)制中210即1024,稱為1K,220為1M,230為1G,240為1T,250為1P。
Kilo Byte(千字節(jié))=1024 B
Mega Byte(兆字節(jié))=1024 KB
Giga Byte(吉字節(jié))=1024 MB
Tera Byte(太字節(jié))=1024 GB
Peta Byte(拍字節(jié))=1024 TB
當(dāng)KMGTP作為商業(yè)單位時(shí)(如市面上賣的硬盤標(biāo)的容量)換算關(guān)系則采用了十進(jìn)制,103-1K(千),106-1M(百萬(wàn)),109-1G(十億),1012-1T(萬(wàn)億),1015-1P(千萬(wàn)億);1 M=1000 K,1 G =1000 M,1 T=1000 G,1 P=1000 T。
2000年之前,G都很少聽(tīng)到,T更無(wú)人提及,大家更多用到的是M,在中關(guān)村,花1800塊錢買了128M內(nèi)存的朋友也大有人在。現(xiàn)在,同樣的價(jià)錢買到的內(nèi)存是當(dāng)時(shí)的容量上千倍,更不用說(shuō)性能的巨大提升了,這是摩爾定律帶給我們的好處。
今天,大的硬盤用T作為計(jì)量單位,如今最大的硬盤有上百個(gè)T,假以時(shí)日,硬盤空間超過(guò)1000T,P也會(huì)派上用場(chǎng)。
千兆吉太拍,是往大了說(shuō)。
2 m μ np f
毫 微 納 皮 飛
毫微納皮飛,是往小了說(shuō)。 mμnpf,和KMGTP不同,一般都是從十進(jìn)制上進(jìn)行定義,很少有人用二進(jìn)制進(jìn)行描述。
m(毫):代表 千分之一,10-3
μ(微):代表 百萬(wàn)分之一,10-6
n(納):代表 十億分之一,10-9
p(皮):代表 萬(wàn)億分之一,10-12
f(飛):代表 千萬(wàn)億分之一,10-15
mμnpf在空間尺度描述上,用的最多的就是在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。
1958年,Jack Kilby基爾比制造出地球上第一塊集成電路,包含電阻、電容、二極管和三極管組成的Phase-Shift Oscillator ,成品的尺寸為:0.12x0.4英寸(3.05x10.2mm),這時(shí)候,晶體管的尺度還需要用毫米mm來(lái)度量。
1971年,Intel 4004 內(nèi)含2300個(gè)晶體管,使用 10 μm 制程;
1989年,Intel 486 內(nèi)含120萬(wàn)個(gè)晶體管,使用 1 μm 制程;
2000年,Intel Pentium 4 內(nèi)含4200萬(wàn)個(gè)晶體管,使用 0.18μm 制程;
2019年,Intel i9-9980內(nèi)含約100億個(gè)晶體管,使用 14 nm 制程;
目前,7nm已經(jīng)是成熟工藝,5~3nm也已經(jīng)量產(chǎn),成功應(yīng)用到產(chǎn)品中...... 還能更小嗎?應(yīng)該還是可以的,目前芯片制造的頭部大廠都在努力推進(jìn)1nm技術(shù),當(dāng)然這只是概念上的推進(jìn),即從晶體管密度上進(jìn)行等效描述。 從目前的工藝技術(shù)上來(lái)講,晶體管的最小結(jié)構(gòu)還無(wú)法做到1nm,因?yàn)?nm的寬度上最多只能容納3個(gè)硅原子。
mμnpf在時(shí)間尺度描述上,則和KMGTP相對(duì)應(yīng),互為倒數(shù),頻率為1K的時(shí)鐘,其周期為1m秒;頻率為1M的時(shí)鐘,其周期為1μ秒;頻率為1G的時(shí)鐘,其周期為1n秒;頻率為1T的時(shí)鐘,其周期為1p秒,頻率為1P的時(shí)鐘,其周期為1f秒。 飛秒有多短,一飛秒之于一秒,如同一秒之于 3171 萬(wàn)年。 飛秒雖然極短,依然可以細(xì)分,其千分之一為阿秒,一阿秒之于一秒,如同一秒之于 317.1 億年,約為宇宙年齡的兩倍多。 2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),就和阿秒有關(guān),該諾獎(jiǎng)研究成果“展示了一種產(chǎn)生阿秒光脈沖的方法,可用于測(cè)量電子移動(dòng)或改變能量的快速過(guò)程?!?該諾獎(jiǎng)的重要意義還在于其拓展了人類的“技術(shù)自由空間”。
3 和日常的關(guān)聯(lián)
千兆吉太拍KMGTP,毫微納皮飛mμnpf,這些抽象的單位和我們?nèi)粘I铌P(guān)聯(lián)起來(lái)又會(huì)有什么特別的意義呢?
例如,G(吉)代表10億,到底是多大的概念呢?
如果一個(gè)人的一生可以用秒來(lái)計(jì)算,假如他能活到80-100歲,就是2.5G秒-3.2G秒的時(shí)間。
3G秒的時(shí)間大約是95年,也就是說(shuō),我們大多數(shù)人是活不過(guò)3G秒的。
T(太)代表 萬(wàn)億
1G秒大約是32年的時(shí)間,1T秒大約是32000年,人類進(jìn)入“認(rèn)知革命”也就是2T秒之前,也就是說(shuō)2T秒之前,人類才和動(dòng)物真正區(qū)分開(kāi)來(lái),躍升為食物鏈頂端的物種。
現(xiàn)在,GDP也可以用到T了,2022年已經(jīng)有17個(gè)國(guó)家GDP過(guò)T,其中美國(guó)是25T,中國(guó)18T,分別占世界GDP總量的25%和18%。
光速(電磁波)是目前已知最快的速度,真空中30萬(wàn)公里/秒,3*108米/秒,如果用納秒度量:0.3米/納秒,用皮秒度量:0.3毫米/皮秒,用飛秒度量:0.3微米/飛秒。
在有機(jī)基板上,傳播速度則要減半:150毫米/納秒,150微米/皮秒,150納米/飛秒。
在陶瓷基板或者硅基上,傳播速度則要減為三分之一:100毫米/納秒,100微米/皮秒,100納米/飛秒。
在微小的時(shí)間尺度里,光也變得很“慢"了,1飛秒的時(shí)間,信號(hào)甚至不能飛越一個(gè)晶體管的尺度。(7納米工藝的單個(gè)晶體管寬度大約為100納米),在這么微小的時(shí)間尺度內(nèi),信息是無(wú)法傳播的。
4 技術(shù)自由空間
MmT坐標(biāo)系
這里,我們定義一個(gè)坐標(biāo)系,稱之為MmT坐標(biāo)系。 M-Macro代表宏觀尺度,m-micro代表微觀尺度,T代表實(shí)現(xiàn)的時(shí)間。 坐標(biāo)系的橫軸代表空間或時(shí)間的尺度,左側(cè)代表微觀尺度,越往左側(cè)尺度越?。?0-1,10-2,10-3...10-12...10-15...,右側(cè)代表宏觀尺度:101,102,103...1012...1015...,原點(diǎn)為100; 坐標(biāo)系的縱軸T代表人類實(shí)現(xiàn)該尺度的時(shí)間或年份,T往上為宏觀尺度實(shí)現(xiàn)的時(shí)間,T往下為微觀尺度實(shí)現(xiàn)的時(shí)間。 我們可以從原點(diǎn)到橫軸右側(cè)的某一個(gè)點(diǎn)為直徑畫(huà)一個(gè)圓,圓內(nèi)的空間,稱之為宏觀技術(shù)自由空間;我們也可以從原點(diǎn)到橫軸左側(cè)的某一個(gè)點(diǎn)為直徑畫(huà)一個(gè)圓,圓內(nèi)的空間,稱之為微觀技術(shù)自由空間。 縱軸上方為記錄宏觀自由空間實(shí)現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn),例如1980年,從宏觀圓的頂端做平行于橫軸的切線,與縱軸相交點(diǎn),記錄該時(shí)間點(diǎn)。 縱軸下方為記錄微觀自由空間實(shí)現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn),例如1990年,從微觀圓的底端做平行于橫軸的切線,與縱軸相交點(diǎn),記錄該時(shí)間點(diǎn)。
技術(shù)自由空間
什么是技術(shù)自由?
"實(shí)現(xiàn)"即為"技術(shù)自由"
當(dāng)人類實(shí)現(xiàn)了空間或時(shí)間上的某個(gè)宏觀或者微觀尺度,即稱為該尺度下的技術(shù)自由。
這里,我提出“技術(shù)自由空間”的概念,用來(lái)度量人類探索世界的自由度,隨著這個(gè)空間范圍的擴(kuò)大,人類探索世界的自由度也就越大。
技術(shù)自由空間=微觀技術(shù)自由空間+宏觀技術(shù)自由空間
按照KMGTP和mμnpf,我們就可以繪制出如下的技術(shù)自由空間:
隨著技術(shù)自由空間的不斷增大,兩側(cè)的圓都會(huì)逐漸切近縱軸,縱軸兩側(cè)的剩余的空間我們稱之為“X空間”,X空間代表著人類技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)或達(dá)到的空間或時(shí)間尺度。
隨著時(shí)間的推移,技術(shù)的不斷發(fā)展,兩邊的圓的直徑越來(lái)越大,在臨近原點(diǎn)處,圓弧接近直線,人類的技術(shù)自由空間也會(huì)越來(lái)越大,充滿了整個(gè)空間,X空間似乎被無(wú)限壓縮了。
確實(shí),從近距離看,隨著技術(shù)自由空間的不斷增大,X空間似乎被壓縮的很小很小了。然而,當(dāng)我們的視點(diǎn)放到更遠(yuǎn)處,我們就會(huì)發(fā)現(xiàn),無(wú)論如何增長(zhǎng),技術(shù)自由空間始終是有限空間,而X空間始終是無(wú)限空間。 人類的認(rèn)知,如同技術(shù)自由空間一樣,無(wú)論怎么增長(zhǎng),增長(zhǎng)的有多快,始終是有限的。 而未知,始終是無(wú)限的......
審核編輯:湯梓紅
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原文標(biāo)題:從KMGTP和mμnpf看技術(shù)的發(fā)展及局限性
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