大家都很熟悉摩爾定律，即自上世紀七十年代以來，計算機的性能每18個月翻番。但是卻很少人留意到另一個跟摩爾定律變化曲線相當?shù)男?yīng)：自計算機誕生以來，其電效率同樣是每18個月翻一番。

筆記本與智能手機之所以存在要感激這一趨勢，正是因為這個隱藏的摩爾定律導(dǎo)致這些電池供電設(shè)備耗電量的大幅削減。從下圖可見，執(zhí)行固定運算次數(shù)所需的功耗在未來仍將穩(wěn)步且高速地下降，如果你需要直觀一點的印象，我們不妨把時間放到10年后，到那時執(zhí)行相同次數(shù)的運算所需的能耗將會是今天的1/100！其結(jié)果必定會是更小型的、能耗更低的計算設(shè)備的大幅擴散，從而為新的移動計算和通信應(yīng)用鋪平了道路，而后者則可以極大地提高我們實時收集和使用數(shù)據(jù)的能力。

超低功耗計算的一個例子是華盛頓大學(xué)的Joshua R. Smith發(fā)明的無電池無線傳感器，其所需的能量是從雜散的電視和無線電信號那里捕獲的，每5秒鐘會將數(shù)據(jù)從氣象站傳送到一個室內(nèi)顯示屏。這種設(shè)備由于用電量極低（平均50微瓦）所以不需要其他電源。

能夠收集環(huán)境能量（如環(huán)境光線、運動、熱量等）為無源移動傳感器的運作打開了機遇之門，這意味著可用數(shù)據(jù)的大爆發(fā)。顆粒度精細的定制化數(shù)據(jù)（如個體特征數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)、信息流等）必將全面擴張，這種數(shù)據(jù)被麻省理工學(xué)院的Erik Brynjolfsson教授稱為是納米數(shù)據(jù)(nanodata)。

這種能耗下降的趨勢究竟能持續(xù)多久？1985年，著名物理學(xué)家Richard Feynman曾做過計算，認為最終計算設(shè)備的能耗效率會提高1000億（10的11次方）倍（相對于當時的計算機能耗）。而根據(jù)統(tǒng)計從1985到2009年間，計算設(shè)備的能耗效率提高了40000倍。這個數(shù)字聽起來有點嚇人，但是跟1011相比，說明這個趨勢才剛剛開始。

相同能耗下計算機執(zhí)行的運算次數(shù)每1.5年翻一番

我們再舉個具體一點的例子，如果把今天的MacBook以1991年的能耗水平來運行，那么這臺筆記本電腦完全充好電的電池只能夠堅持2.5秒。我們再往前推演一下，再看看當今運算速度最快的超級計算機，日本的的京（Fujitsu K），其浮點運算能力達到1萬萬億次/秒，但是能耗也達到了驚人的12.7兆瓦。這種能耗足以為一個中等規(guī)模的城鎮(zhèn)供電。但是從理論上來說，如此計算能力的設(shè)備，在20年之后，其能耗不會超過一臺烤箱。而今天的筆記本的能耗已經(jīng)到達無窮小的地步。

這一現(xiàn)象驅(qū)動著所有硅基設(shè)備的發(fā)展。但是尚未有人能夠確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩ū热鐐鞲衅靼l(fā)送無線信號的能耗）是否也會有相匹配的提高。信息傳輸速率、通信頻率、不執(zhí)行任務(wù)時節(jié)能的方式，這些設(shè)計選擇都會顯著影響到移動設(shè)備的總體耗電情況。不過計算的效能改進也會推動其他領(lǐng)域的創(chuàng)新，因為這是完全發(fā)揮新計算和傳感技術(shù)威力的唯一之道。

計算能耗長期持續(xù)的改進將會革新我們收集和分析數(shù)據(jù)的方式，也會影響到我們利用數(shù)據(jù)進行決策的方式。在這一趨勢的推動下，物聯(lián)網(wǎng)將會變成現(xiàn)實。工業(yè)過程的控制將會更加精細，評估我們行動的結(jié)果也會更加快速有效，反映新現(xiàn)實的體系和業(yè)務(wù)模型重塑將會加快速度。還能夠幫助我們以一種更為實驗性的做法與世界交互：即我們可以實時地取得真實的數(shù)據(jù)來驗證假設(shè)，并能夠根據(jù)情況調(diào)整假設(shè)。

從歷史上看，最好的計算機科學(xué)家和芯片設(shè)計師關(guān)注都是尖端的高性能計算問題。但是現(xiàn)在計算能效正在逐步吸引頂級的設(shè)計師和工程師，他們面臨的是一個新問題—如何進行全系統(tǒng)的集成設(shè)計，怎樣提高用電和數(shù)據(jù)傳輸效率，以及如何將人類的關(guān)系演變?yōu)榕c宇宙的關(guān)系—這是一個迷人而又充滿挑戰(zhàn)的命題，如能解決，也許我們即將迎來阿凡達的世紀。