這篇文章提出了一個“技術自由空間”的概念,并應用了一種MmT坐標系。
當人類實現了空間或時間上的某個宏觀或者微觀尺度,即稱為該尺度下的技術自由。
“技術自由空間”,用來度量人類探索世界的自由度,隨著這個空間范圍的擴大,人類探索世界的自由度也就越大。
技術自由空間=微觀技術自由空間+宏觀技術自由空間
1 K MG TP
千 兆 吉 太 拍
1999年,我在寫研究生論文,導師給了我一臺486電腦,500M硬盤,4M內存,操作系統安裝的是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。而僅僅4M的內存空間則提供了所有軟件運行的空間。
今天,主流的筆記本電腦硬盤1T(增大了2000倍)內存16G(增大了4000倍),操作系統安裝Windows 10,初始需要占用3~4G以上的空間,隨著使用時間的增長,最終需要占用40G以上的空間。
從計算機術語上來說,1K是指的1024個單位,為什么用1024呢,因為在2進制中210即1024,稱為1K,220為1M,230為1G,240為1T,250為1P。
Kilo Byte(千字節)=1024 B
Mega Byte(兆字節)=1024 KB
Giga Byte(吉字節)=1024 MB
Tera Byte(太字節)=1024 GB
Peta Byte(拍字節)=1024 TB
當KMGTP作為商業單位時(如市面上賣的硬盤標的容量)換算關系則采用了十進制,103-1K(千),106-1M(百萬),109-1G(十億),1012-1T(萬億),1015-1P(千萬億);1 M=1000 K,1 G =1000 M,1 T=1000 G,1 P=1000 T。
2000年之前,G都很少聽到,T更無人提及,大家更多用到的是M,在中關村,花1800塊錢買了128M內存的朋友也大有人在。現在,同樣的價錢買到的內存是當時的容量上千倍,更不用說性能的巨大提升了,這是摩爾定律帶給我們的好處。
今天,大的硬盤用T作為計量單位,如今最大的硬盤有上百個T,假以時日,硬盤空間超過1000T,P也會派上用場。
千兆吉太拍,是往大了說。
2 m μ np f
毫 微 納 皮 飛
毫微納皮飛,是往小了說。 mμnpf,和KMGTP不同,一般都是從十進制上進行定義,很少有人用二進制進行描述。
m(毫):代表 千分之一,10-3
μ(微):代表 百萬分之一,10-6
n(納):代表 十億分之一,10-9
p(皮):代表 萬億分之一,10-12
f(飛):代表 千萬億分之一,10-15
mμnpf在空間尺度描述上,用的最多的就是在半導體制造領域。
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),這時候,晶體管的尺度還需要用毫米mm來度量。
1971年,Intel 4004 內含2300個晶體管,使用 10 μm 制程;
1989年,Intel 486 內含120萬個晶體管,使用 1 μm 制程;
2000年,Intel Pentium 4 內含4200萬個晶體管,使用 0.18μm 制程;
2019年,Intel i9-9980內含約100億個晶體管,使用 14 nm 制程;
目前,7nm已經是成熟工藝,5~3nm也已經量產,成功應用到產品中...... 還能更小嗎?應該還是可以的,目前芯片制造的頭部大廠都在努力推進1nm技術,當然這只是概念上的推進,即從晶體管密度上進行等效描述。 從目前的工藝技術上來講,晶體管的最小結構還無法做到1nm,因為1nm的寬度上最多只能容納3個硅原子。
mμnpf在時間尺度描述上,則和KMGTP相對應,互為倒數,頻率為1K的時鐘,其周期為1m秒;頻率為1M的時鐘,其周期為1μ秒;頻率為1G的時鐘,其周期為1n秒;頻率為1T的時鐘,其周期為1p秒,頻率為1P的時鐘,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 萬年。 飛秒雖然極短,依然可以細分,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年諾貝爾物理學獎,就和阿秒有關,該諾獎研究成果“展示了一種產生阿秒光脈沖的方法,可用于測量電子移動或改變能量的快速過程。” 該諾獎的重要意義還在于其拓展了人類的“技術自由空間”。
3 和日常的關聯
千兆吉太拍KMGTP,毫微納皮飛mμnpf,這些抽象的單位和我們日常生活關聯起來又會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?
如果一個人的一生可以用秒來計算,假如他能活到80-100歲,就是2.5G秒-3.2G秒的時間。
3G秒的時間大約是95年,也就是說,我們大多數人是活不過3G秒的。
T(太)代表 萬億
1G秒大約是32年的時間,1T秒大約是32000年,人類進入“認知革命”也就是2T秒之前,也就是說2T秒之前,人類才和動物真正區分開來,躍升為食物鏈頂端的物種。
現在,GDP也可以用到T了,2022年已經有17個國家GDP過T,其中美國是25T,中國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。
在微小的時間尺度里,光也變得很“慢"了,1飛秒的時間,信號甚至不能飛越一個晶體管的尺度。(7納米工藝的單個晶體管寬度大約為100納米),在這么微小的時間尺度內,信息是無法傳播的。
4 技術自由空間
MmT坐標系
這里,我們定義一個坐標系,稱之為MmT坐標系。 M-Macro代表宏觀尺度,m-micro代表微觀尺度,T代表實現的時間。 坐標系的橫軸代表空間或時間的尺度,左側代表微觀尺度,越往左側尺度越小:10-1,10-2,10-3...10-12...10-15...,右側代表宏觀尺度:101,102,103...1012...1015...,原點為100; 坐標系的縱軸T代表人類實現該尺度的時間或年份,T往上為宏觀尺度實現的時間,T往下為微觀尺度實現的時間。 我們可以從原點到橫軸右側的某一個點為直徑畫一個圓,圓內的空間,稱之為宏觀技術自由空間;我們也可以從原點到橫軸左側的某一個點為直徑畫一個圓,圓內的空間,稱之為微觀技術自由空間。 縱軸上方為記錄宏觀自由空間實現的時間點,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,記錄該時間點。 縱軸下方為記錄微觀自由空間實現的時間點,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,記錄該時間點。
技術自由空間
什么是技術自由?
"實現"即為"技術自由"
當人類實現了空間或時間上的某個宏觀或者微觀尺度,即稱為該尺度下的技術自由。
這里,我提出“技術自由空間”的概念,用來度量人類探索世界的自由度,隨著這個空間范圍的擴大,人類探索世界的自由度也就越大。
技術自由空間=微觀技術自由空間+宏觀技術自由空間
按照KMGTP和mμnpf,我們就可以繪制出如下的技術自由空間:
隨著技術自由空間的不斷增大,兩側的圓都會逐漸切近縱軸,縱軸兩側的剩余的空間我們稱之為“X空間”,X空間代表著人類技術尚未實現或達到的空間或時間尺度。
隨著時間的推移,技術的不斷發展,兩邊的圓的直徑越來越大,在臨近原點處,圓弧接近直線,人類的技術自由空間也會越來越大,充滿了整個空間,X空間似乎被無限壓縮了。
確實,從近距離看,隨著技術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,當我們的視點放到更遠處,我們就會發現,無論如何增長,技術自由空間始終是有限空間,而X空間始終是無限空間。 人類的認知,如同技術自由空間一樣,無論怎么增長,增長的有多快,始終是有限的。 而未知,始終是無限的......
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:從KMGTP和mμnpf看技術的發展及局限性
文章出處:【微信號:CEIA電子智造,微信公眾號:CEIA電子智造】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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