摩爾定律（Moore’s Law）長期以來一直是半導體產業的發展路徑圖。一開始被視為是一種預測（晶片上的電晶體數量大約每兩年會翻一倍，而相對成本會下降），後來它成為產業演進的藍圖與自我應驗的預言，舉例來說過去一個12平方毫米大小的處理器只能容納的下大約2,250個電晶體，進步到現在每平方毫米隨隨便便就能塞進超過1億個電晶體。
隨著每代的電腦與行動裝置功能變得越來越強大、外型設計更流線，這一路的進展改寫了用戶體驗、推進了更銳利的數位影像、高傳真遊戲，以及越來越精準的語音及影像辨識。不過，當摩爾定律已經接近尾聲，那接下來的發展呢？
科技發展對氣候變遷的衝擊
摩爾定律構想提出時，運算技術才剛萌芽。儘管科學家Eunice Foote Newton早在1856年就首次提出溫室效應，我們人類才剛開始探討自身影響氣候變遷的可能性，部份原因是用來進行相關計算的電腦才剛剛開始問市。
過去幾乎沒人留意到氣候與電腦消耗的能源彼此間有任何相關性，主要原因是電腦雖然是個吃電怪獸，但在1990以前，個人電腦的數量跟現在比起來還是少的可憐。
把時間從1856年快轉到21世紀的現在，連網已變成基本需求，從醫療資訊到採購食品雜貨的幾乎所有東西都可以在網路上進行。網際網路就是「機會」的代名詞：資訊在網際網路上進行共享、學習也透過網路進行、徵人廣告也在網路刊登。基本上，不上網，就沒機會。
多數人都理解數位落差以及數位落差帶來的影響，但全球仍有37億人無法完整使用數位科技。縮短數位落差是道德上必須履行的責任，但也為科技界帶來新的難題：該如何減輕加上這37億名全新數位使用者帶來的環境衝擊、讓所有人隨時隨地都能連網，又不會災難性地加速氣候變遷？
很明顯地，我們不能只專注於運算力的提升。從同樣的晶片搾出更多的效能仍是重要的考量，但每瓦效能才是新王道。但除了瓦數本身，還有能源－長期下來被消耗的電力。
「每瓦效能」與「總消耗電力」這兩者都很重要。例如，資料中心除了把每一台伺服器的功耗控制得宜之外，還必須把整體營運的能源消耗降到最低。行動裝置除了受到電池容量的限制，其瞬時功率則受到整機的散熱設計所限制。
又例如，由太陽能電池驅動的感測器，雖然可以使用大量天然的能源，但是擠出來的電力非常有限。我們設計產品的目標，是在電力、能源與熱量這些挑戰下，擠出每瓦更高的效能，才能夠將全球電子裝置的能源消耗降到最低。
庫梅定律：運算效率的研究
史丹佛大學教授強納森‧庫梅（Jonathan Koomey）於2010年創造了「庫梅定律」（Koomey’s Law）這個名詞，它說明每焦爾耗能的運算次數趨勢。這個數字在1945年到2000年之間，每18個月會加倍（相當於每10年多100倍），之後則會慢下來；2000年以後大約每2.6年才會加倍（相當於每10年成長16倍）。
庫梅定律被普遍用來衡量運算所需的電力：從一開始的峰值效率，到最近的日常使用效率。即便根據摩爾定律，裝置的運算能力提升了，它還是得符合對應的功率曲線。
隨著晶片的工作電壓無法再以同等的速度跟電晶體的尺寸一起往下降；這意味設計人員必須努力追求能源效率，因為電壓降低不再是製成微縮理所當然的附帶結果。
這點也反映在工廠的優先順序上。如果要降低整體的功耗，必須要堅決地專注在能源效率：我們現在比過去任何時候，更應該專注在降低運算的碳排放。
每瓦效能（Performance per Watt）：新的典範
你可能沒有意識到，每天全球有將近70%的人口使用基於Arm技術的3C裝置，因此我們有責任協助整個生態系統，以更節能、更能有效減少碳排的方式，共同因應氣候變遷問題。Arm CEO Simon Segars 在今年COMPUTEX的主題演講中，就曾提到「脫碳運算」（Decarbonizing Compute）的觀念。多餘的碳排肇因無效的運算，而隨著網際網路與雲端服務的興起，運算本身就已耗用相當能源。全球資料中心的工作負載可能在未來十年成長十倍以上，降低能耗不能只靠物理性的方法，運算本身就必須得節能，雲端運算需要不同的思維。
摩爾定律與庫梅定律並不是自然的定律，而是對科技發展方向的觀察結果，而我們可以利用它們來觀察未來可能會如何發展。如果依據庫梅定律推斷，就會預期裝置會持續變得更節能省電，而處理器由於功耗極低，甚至還會從所處的環境採集自然能源。
越來越多人把軟體優化到只需要超低功耗處理器。像是TinyML就是把機器學習（ML）工作負載優化到可以只用上幾毫瓦的電力，就能夠運行。
隨著我們開始縮短數位落差、與數十億個科技新用戶分享連網的效益，這種對效率永不停歇的專注將更為重要。如果要避免災難性的氣候變遷，光是保持穩定的功耗與能源統計數字是不夠的；我們必須努力確保這些數字主動降低與減少能源消耗，並在所有運算發生的地方減少碳排放。每瓦效能必須成為新的典範，並引導產品的發展時程，以便從越來越低的功耗限制下擷取更多的效能。
科技是環境問題的解決方案，也是使其惡化的原因。我們要努力的，是讓正面的貢獻必須大於負面的影響，這點對於地球的未來極為關鍵。讓每瓦效能極大化是其中一環，同時也要窮盡我們所有系統中所有可以緊縮功耗的地方，並以更高的效率運算出等效結果。此外，也要觀察系統的運作情況，並以更好的運算能力讓系統的整體系統更有效率。
我們從新聞上看到極端氣候造成的災難並非遠在天邊，現在科技界努力的每一步都能避免氣候惡化。Arm做為運算科技的領導廠商，正處在一個獨特地位可以降低運算對環境帶來的衝擊，讓科技站在歷史正確的一方，成為氣候解決方案與更為永續未來的一環
責任編輯：傅珮晴、陳建鈞
《數位時代》長期徵稿，針對時事科技議題，需要您的獨特觀點，歡迎各類專業人士來稿一起交流。投稿請寄edit@bnext.com.tw，文長至少800字，請附上個人100字內簡介，文章若採用將經編輯潤飾，如需改標會與您討論。
【延伸閱讀】
1.辭三星半導體工程師、留50個月生活費專心閉關創作，韓國小說新銳寫出《魷魚遊戲》殘酷社會中的夢境救贖 2.台灣將買COVID-19口服藥！美國默沙東集團開發臨床實驗傳喜訊，陳時中：談判中
