科技发展正在放缓——《华尔街日报》

没有任何事物比固态电子技术的快速指数级进步更能影响并扭曲现代人对技术发明速度的思考。我们已告别渐进增长时代的信念，源于我们能够在硅晶片上集成越来越多的组件，这一过程被戈登·摩尔那如今广为人知的定律所概括——最初规定每18个月翻一番，后来调整为约两年。到2020年，微芯片的组件数量已比1971年发布的首款微处理器Intel 4004多出1000万倍以上。

摩尔定律成为基于电子数据处理的业务迅速崛起的基础，从PayPal到亚马逊再到Facebook。它使得人们在一生中从笨重的固定电话发展到掌上智能手机成为可能。如今，这些进步被广泛视为其他领域类似惊人进步的预兆，如太阳能电池、电池、电动汽车甚至城市农业。

像雷·库兹韦尔和尤瓦尔·诺亚·赫拉利这样的畅销科技预言家认为，指数级增长将使我们能够颠覆性地进入一个没有疾病和痛苦、物质丰富的未来。用投资者阿齐姆·阿扎尔——热门通讯《指数视野》的创始人——的话说，“我们正在进入一个富足的时代。这是人类历史上第一个能源、食物、计算等许多东西的生产成本都微不足道的时期。”

问题在于，1970年后电子架构与性能的突飞猛进，并未在其他生活领域产生同等变革。现代文明赖以生存的基础经济活动——农业、能源生产、交通运输和大型工程项目——并未出现指数级增长。直接影响健康与生活质量的领域，如新药研发和寿命延长，同样未见显著突破。

为满足摩尔定律，自1970年以来微芯片容量每年增长约35%，早期增速更高。相比之下，21世纪前二十年亚洲水稻年产量仅增长1%，撒哈拉以南非洲主粮高粱的年产量增幅仅约0.8%。1960年以来，撒哈拉以南非洲人均GDP年均增长率不超过0.7%。

产能增速同样受限。全球大部分电力由大型蒸汽轮机产生，其效率在过去100年间每年仅提升约1.5%。钢铁制造能效持续改进，但过去70年生产能耗年均降幅不足2%。1900年最佳电池能量密度为每公斤25瓦时；2022年大规模商用锂离子电池的能量密度仅提升至12倍，相当于年均增长2%。

太阳能光伏电池成本令人瞩目的下降，让人期待发电技术即将突破。若光伏成本是发电实际成本的唯一决定因素，太阳能发电将很快廉价到无需计费。但美国居民光伏系统详细数据显示，太阳能板成本目前仅占总投资的15%，其余用于结构电气组件、人工、审批验收及税费。

这些组件中没有一个趋向于零，因此太阳能发电的总体成本——以每瓦直流电输出的美元计算——显示出明显的改善速度下降。2010年至2015年间下降了55%，而2015年至2020年间仅下降了20%。尽管可再生能源发电成本大幅下降，但风能和太阳能占比最高的三个欧盟国家——丹麦、爱尔兰和德国——却拥有欧洲最高的电价。

2020年美国国家经济研究局发表的一篇论文支持了人类最基本活动领域的进步并未加速的结论。该研究由耶鲁管理学院布莱恩·凯利领衔的四位美国经济学家完成，他们通过分析1840至2010年间美国各行业的专利文件文本，构建了长期变革指数。研究发现，家具、纺织、服装、交通、金属、木材、造纸、印刷和建筑领域的突破性专利浪潮均在1900年前达到顶峰；采矿、煤炭、石油、电气设备、橡胶和塑料行业的创新高峰则出现在1950年前。唯一在1970年后出现创新峰值的工业领域是农业（以转基因生物为主导）、医疗设备，以及计算机和电子行业。

即便是许多由微处理器驱动的指数级增长活动，也已进入更为温和的扩张阶段。通过使用波长越来越短的光刻技术，得以在微芯片上集成更多更薄的晶体管。这一进程始于80微米宽的晶体管；2021年IBM宣布将于2024年量产全球首款2纳米芯片。由于硅原子直径约为0.2纳米，2纳米的连接宽度仅相当于10个原子排列，这意味着这项延续50年的微型化工艺已逼近物理极限。

从1993年（奔腾处理器）到2013年（AMD 608），单处理器晶体管数量从310万激增至1.059亿，略高于摩尔定律的预测。但此后进展明显放缓——2008年至强处理器搭载19亿晶体管，十年后GC2处理器集成236亿晶体管，若按每两年翻倍的规律本应达到约600亿。由此导致处理器性能的年均提升幅度从1986-2003年的52%，降至2003-2011年的23%，再到2015-2018年不足4%。与所有技术发展轨迹相同，计算机技术爆发式增长的黄金时代即将落幕。

斯米尔博士是曼尼托巴大学环境科学荣誉教授，本文改编自其新著《发明与创新：炒作与失败简史》，由麻省理工学院出版社于本周出版。

本文发表于2023年2月18日印刷版，原标题为《科技发展正在减速》