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鹤杂嬎銠C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致這些電池供電設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、能耗更低的計算設備的大幅擴散，從而為新的移動計算和通信應用鋪平了道路，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，著名物理學家Richard Feynman曾做過計算，認為最終計算設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)行任務時節(jié)能的方式，這些設計選擇都會顯著影響到移動設備的總體耗電情況。不過計算的效能改進也會推動其他領域的創(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，并能夠根據(jù)情況調(diào)整假設。

從歷史上看，最好的計算機科學家和芯片設計師關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系演變?yōu)榕c宇宙的關系—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。