随着晶体管越做越小的趋势收官，“电子产业共同体”将迎来属于自己的时代。
生产开源硬件的公司是少之又少。至少，如果你用通常方法定义“开源硬件”，那么这样的公司你走遍全世界也找不出几家――企业提供文档，并且给它的客户足够的权限以重新创建、修正、改进以及甚至用改进成自己的版本投入市场销售。虽然开放硬件在近年来取得了一系列的进展（比如，越来越多的公司开始采用这些理念，并且创立了开源硬件相关的行业协会），它仍然是一个新兴的产业。
你可能已经猜到原因了。很简单――这类公司能够被创立并且良好运行的必要条件是，这一切建立在一种理想主义上。能描绘出这种蓝图的人绝对缺乏任何精明理智的商业头脑。不过不对，你猜错了！限制开源硬件发展的原因并不是这种产业的创想缺乏商业意识，而是电子技术的迅速发展，反作用制约了这项产业的生长。
造成这种情况的原因很微妙，但正如我会在下面解释的那样，电子技术的迅速进步使信息产业从本质上更加青睐小团队或个人的创新者，这些人能从开放系统中受益最大。至少，从既有发展情况中，我们可以看到这种趋势。但目前来看，可能有一些变化将要发生，而我估计这些变化会以一些其他的方式来平衡这种趋势。.
与我说的这些改变有关的转变，从根本上都在依赖于微电子管小型化，几十年来，这个一直未变的原则已经成了与戈登·摩尔同名定律的主要内容。如此看来，在这个定理被第一次发表在出版物上的50周年纪念日，我们也许是时候停下来考虑一下怎样面对即将失效的摩尔定律――不能马上断定失效，我们也可以说，至少它预测的未来已经在慢慢停滞。事实上，这对许多制造商和消费者来说，很可能是非常有益的。但是直到目前为止，在我作出这反向预测之前，我应该为年轻的读者朋友们做一份小小的总结，让他们明白，在这过去的五十年里，我们都做了什么，预测了什么，完成了什么。
回顾历史
最初，软件产业刚开始起步时候，用来做晶体管的材料就是真空玻璃管。所有的硬件都是在这根小小的玻璃管子的基础上建立的，而今天，我们会称它们为开放系统。早期消费类的电子产品，比如收音机和电视机，经常附带一个囊括完整示意图、更换部件的操作指南和一份详细说明的服务列表的用户手册，在这本手册的第一页，介绍晶体管的那一段，自从这个电子元件问世以来，几乎不曾改变。
事实上，等到电子行业发展的指针走到20世纪80年代，计算机仍然总是附带其电路板示意图。例如，第二代苹果计算机公司曾经出版过一本参考手册，其中就包括一张详尽的计算机主板示意图，也正是这张完整度极高的设计图，强烈地激发了我对电子设计这个行业的兴趣，也让我确定了我之后要开展的事业。
而与之相对的是，现代用户手册就缺乏这样的深度。在最近的Mac Pro用户手册中，最复杂的示意图的内容是指示如何舒适地坐在这一台电脑前面：“挺起你的背，收回你的肚子”，“大腿倾斜”，“肩膀放松”，等等，令人忍俊不禁，又有些无奈。
发生了什么事？电子设备的发展已经到了无法展示也无法改进的地步了吗？
真实情况却并不是这样。事实上，提高电子产品的质量已经变成了一件过分容易的事――尤其是对系统集成商而言。几十年来，他们，从本质上说，已经能够坐下来，静静等待填充着他们设计的电路板的个人电脑一天天自我更新，变得更好，而不是投入辛勤的工作，以求不断改进他们现有的产品设计。例如，在整个1990年代，进入新千年的程序员被鼓励放弃手动优化的汇编语言，而倾向于使用更加高级的语言，开发更多却不一定完善的功能。这在某种程度上来说是临时抱佛脚的行为，如果没有已经出现，也会很快随着下一代的CPU的问世，在更多程序员身上得到体现。
你可以清楚地看到这种效果――如果你多年来一直致力于把你的电子产品优化得更好的话。选择任何度量的指标――性能好坏、功能多少，还是其他任何的什么东西，这都无所谓――你可以画一张图表，然后你就会发现，上面的参数确实每18个月就翻一倍――忠实地遵从着摩尔定律。当然你还可以把这些参数表现在一张横轴与纵轴相垂直，并且成一次方关系的图表上。大多数关系图，都会使用对数的垂直刻度描绘摩尔定律，通过这种方式，一条急剧上升，一看就很可怕的曲线就能蜕变成看起来不那么尖锐的直线。
慢下来吧，看看下面这张图：一家小公司能合理地取得进展，[A线条，75%每年，不复合利率]但却完全不能与摩尔定律[B线]竞争，如果倍增时间是只有十八个月[左]的话，摩尔定律却并不占太大优势――因为市场确实比不过36个月[右]的倍增时间所能提供的充足机会[C线]。
现在，让我们来比较一下大幅度上升的摩尔规律曲线与那些可能来自小规模制造商，通过打磨固件或者和其他组件相连以调整记忆容量的方式努力提高其新产品竞争力的设计团队，他们的竞争力到底孰强孰弱？假设这样一支团队可以取得的进展率为某个常数――这已经非常值得尊敬了――让我们假设这种工作的第一年可提高产品最初性能的75%，并继续累积，以这个相同的进步量逐年改善。那么，这个设计团队能拿什么去和那些坐享其成，等着摩尔定律发挥它的魔力的大型团体竞争？
稳定的线性提高VS指数暴增的摩尔定律
使用此交互式图形，我们可以从中看到小规模线性开发者和指数增长型开发者所面对机会发生的变化。
情况并不乐观。事实上，如果您绘制两条线――我们将它命名为线性增长――指数摩尔法则曲线，您将看到，只有某一小段小规模制造商勤奋工作的机会能够追得上日新月异的发明更新速度。而这个稍纵即逝的机会主要在新产品发布的两年内到期就会消失，因为此时，高性能芯片变得可用，市场会要求这些小公司打造全新的产品，以免它会输给那些使用更新技术的竞争对手们。
我刚才说过，这两条曲线突出地显示了小规模的开发企业在过去的几十年中面临的核心挑战。几乎已经成为普遍现象的是，对摩尔定律的屈服已经开始让这些小规模的企业慢慢养成了坐享其成，而不是努力创新以期创造更多回报的习惯。尤其是，如果构想和执行更改一个设计需要两年时间，面对遵从摩尔定律，已经优于其初性能两倍的电子原件，你和你的客户在无所作为的情况下将会得到最佳的报偿――在两年时间内，你的个人电脑硬件就会升级到一个虽然不成熟，但性能非常优越的最新版。
因此，努力创新的路子已经被数不尽的小企业工程师所遗弃，因为他们如果选择与摩尔定律抗衡，就会变成一日一日将石头推上山顶又看着他滚落的西西弗斯。
事实上，摩尔定律的指数增长特点虽然倾向于对大型企业有好处，但对于这些大型的电子产品设计公司来说，它同样是一个拦路虎。大公司拥有的技术与资源可以保证他们以持续稳定增长的频率开发出三代或四代产品，但是其中所需要投入的成本之巨大，即使对于一个大公司来说，也并不是随随便便就能拿出手的。
电子产品制造企业正在进行一项奇特的比赛。参赛的商家需要与一个共同的竞争对手赛跑――摩尔定律。他们必须要努力跟上计算机硬件指数型增长的步伐，而这会给他们带来几个有害的影响。这里与其关系最紧密的不良效应体现在数据分享积极性的下降。我们可以看到，在一个小小的时间段内（也许几个月时间之内）制造商们需要为设计专利保密，以保证在这段时间内你的产品能够形成一个显著的优势，这段时间的经济价值是显而易见的，因此大部分的制造商都不会轻易地放弃它。对于电子产品制造商来说，在竞争中哪怕是最小的一点优势也是不能被忽视的，这也解释了为什么他们对自己的设计守口如瓶，哪怕连示意图、代码或其他关于他们的产品的技术细节，都很少分享。这种不情愿分享资源的态度，在很大程度上阻碍了电子产业的共同进步。
值得庆幸的是，摩尔定律所描述的晶体管更新速度正在放缓，因此，我刚才描述的电子信息产业发展动力也在相应地发生变化。
不过，我谈论这种影响是如何作用的之前，让我再次重申一遍我的预测，摩尔定律所代表的电子晶体管发展速度正在放缓。最近，很多分析师和评论家警告人们，微电子技术发展水平以指数形式增长的时代即将结束。但我并不是真的需要以他们的预测为基础来建立我的论点。减小的电子元器件规格的行为（特别是晶体管）无可争辩地带来了泄漏电流和余热的问题，转而延缓近年来数字化领域稳步增加的发展速度。例如，我们假设在英特尔公司刚开始创立的时间，以完全符合摩尔定律的时钟式速度发展他们的电脑主板，那么在获得戏剧般夸张收益后，会在大约十年前停止发展。
从那时起，电脑主板的制造商们一直在使用多核技术来提高性能，尽管实施这种战略在某些程度上有些困难。但工程师们并没有太多的选择余地：一切努力的关键在于，改变阻止时钟速度进一步增加的物理极限，所以在摩尔定律许可下，要想使晶体管数目与日俱增，那么唯一的方法便是创建更多的计算机内核。
晶体管密度继续呈指数增加，正如摩尔所预测的那样，但速度正在慢慢减缓。在1990年，晶体管数量每18个月翻一番；今天，这种情况每24个月或更久才能发生一次。不久，晶体管密度的增加将会减缓至36个月翻倍一次，最终这个数据将进入停顿阶段。
那么究竟什么时候会停滞？用一句简短的话来回答，没有人真正知道。但一项研究表明，它将停止在硅晶体管有效栅极长度在5纳米的某个时候，大约是2020年或2030年。五纳米，这大约是10个硅原子之间的空间，这已经是某种极限了，因此，如果这个猜想是错的，它至少也不会错的太多。
这样的影响是深远的（至少对读这本杂志的人来说）――总有一天在可预见的将来，你将不能在第二年买一台更好的电脑。你接下来要购买的闪存驱动器将花掉相同的价格，而且和你要更换的那个闪存驱动器的存储量一模一样。你要停止期待你下一个智能手机比你上一个使用的更强大，更令人惊叹。
到那个时候，你看着智能手机公司与电子工程师的努力，却并不会像现在那样心心念念期待新产品的诞生，而是买一个，用坏了，再扔掉买下一个。你抱有这样的心态，判断一个优质的电子产品的标准，将变成“能够在很长时间内保持良好运转”。
在这样一种标准下，你可能会想要购买那些制作更精美，看起来更结实的东西。“传家宝笔记本电脑”的想法在今天可能听起来荒谬，但总有一天我们可能会认为我们的电脑，是一种可以珍惜保存并且交到我们的孩子手里，代代相传的宝物，像一些人现在认识中的手表或古董家具那样。使用此交互式图形，我们可以从中看到小规模线性开发者和指数增长型开发者所面对机会发生的变化。
情况并不乐观。事实上，如果您绘制两条线――我们将它命名为线性增长――指数摩尔法则曲线，您将看到，只有某一小段小规模制造商勤奋工作的机会能够追得上日新月异的发明更新速度。而这个稍纵即逝的机会主要在新产品发布的两年内到期就会消失，因为此时，高性能芯片变得可用，市场会要求这些小公司打造全新的产品，以免它会输给那些使用更新技术的竞争对手们。
我刚才说过，这两条曲线突出地显示了小规模的开发企业在过去的几十年中面临的核心挑战。几乎已经成为普遍现象的是，对摩尔定律的屈服已经开始让这些小规模的企业慢慢养成了坐享其成，而不是努力创新以期创造更多回报的习惯。尤其是，如果构想和执行更改一个设计需要两年时间，面对遵从摩尔定律，已经优于其初性能两倍的电子原件，你和你的客户在无所作为的情况下将会得到最佳的报偿――在两年时间内，你的个人电脑硬件就会升级到一个虽然不成熟，但性能非常优越的最新版。
因此，努力创新的路子已经被数不尽的小企业工程师所遗弃，因为他们如果选择与摩尔定律抗衡，就会变成一日一日将石头推上山顶又看着他滚落的西西弗斯。
事实上，摩尔定律的指数增长特点虽然倾向于对大型企业有好处，但对于这些大型的电子产品设计公司来说，它同样是一个拦路虎。大公司拥有的技术与资源可以保证他们以持续稳定增长的频率开发出三代或四代产品，但是其中所需要投入的成本之巨大，即使对于一个大公司来说，也并不是随随便便就能拿出手的。
电子产品制造企业正在进行一项奇特的比赛。参赛的商家需要与一个共同的竞争对手赛跑――摩尔定律。他们必须要努力跟上计算机硬件指数型增长的步伐，而这会给他们带来几个有害的影响。这里与其关系最紧密的不良效应体现在数据分享积极性的下降。我们可以看到，在一个小小的时间段内（也许几个月时间之内）制造商们需要为设计专利保密，以保证在这段时间内你的产品能够形成一个显著的优势，这段时间的经济价值是显而易见的，因此大部分的制造商都不会轻易地放弃它。对于电子产品制造商来说，在竞争中哪怕是最小的一点优势也是不能被忽视的，这也解释了为什么他们对自己的设计守口如瓶，哪怕连示意图、代码或其他关于他们的产品的技术细节，都很少分享。这种不情愿分享资源的态度，在很大程度上阻碍了电子产业的共同进步。
值得庆幸的是，摩尔定律所描述的晶体管更新速度正在放缓，因此，我刚才描述的电子信息产业发展动力也在相应地发生变化。
不过，我谈论这种影响是如何作用的之前，让我再次重申一遍我的预测，摩尔定律所代表的电子晶体管发展速度正在放缓。最近，很多分析师和评论家警告人们，微电子技术发展水平以指数形式增长的时代即将结束。但我并不是真的需要以他们的预测为基础来建立我的论点。减小的电子元器件规格的行为（特别是晶体管）无可争辩地带来了泄漏电流和余热的问题，转而延缓近年来数字化领域稳步增加的发展速度。例如，我们假设在英特尔公司刚开始创立的时间，以完全符合摩尔定律的时钟式速度发展他们的电脑主板，那么在获得戏剧般夸张收益后，会在大约十年前停止发展。
从那时起，电脑主板的制造商们一直在使用多核技术来提高性能，尽管实施这种战略在某些程度上有些困难。但工程师们并没有太多的选择余地：一切努力的关键在于，改变阻止时钟速度进一步增加的物理极限，所以在摩尔定律许可下，要想使晶体管数目与日俱增，那么唯一的方法便是创建更多的计算机内核。
晶体管密度继续呈指数增加，正如摩尔所预测的那样，但速度正在慢慢减缓。在1990年，晶体管数量每18个月翻一番；今天，这种情况每24个月或更久才能发生一次。不久，晶体管密度的增加将会减缓至36个月翻倍一次，最终这个数据将进入停顿阶段。
那么究竟什么时候会停滞？用一句简短的话来回答，没有人真正知道。但一项研究表明，它将停止在硅晶体管有效栅极长度在5纳米的某个时候，大约是2020年或2030年。五纳米，这大约是10个硅原子之间的空间，这已经是某种极限了，因此，如果这个猜想是错的，它至少也不会错的太多。
这样的影响是深远的（至少对读这本杂志的人来说）――总有一天在可预见的将来，你将不能在第二年买一台更好的电脑。你接下来要购买的闪存驱动器将花掉相同的价格，而且和你要更换的那个闪存驱动器的存储量一模一样。你要停止期待你下一个智能手机比你上一个使用的更强大，更令人惊叹。
到那个时候，你看着智能手机公司与电子工程师的努力，却并不会像现在那样心心念念期待新产品的诞生，而是买一个，用坏了，再扔掉买下一个。你抱有这样的心态，判断一个优质的电子产品的标准，将变成“能够在很长时间内保持良好运转”。
在这样一种标准下，你可能会想要购买那些制作更精美，看起来更结实的东西。“传家宝笔记本电脑”的想法在今天可能听起来荒谬，但总有一天我们可能会认为我们的电脑，是一种可以珍惜保存并且交到我们的孩子手里，代代相传的宝物，像一些人现在认识中的手表或古董家具那样。
展望未来
这种逐渐放缓的摩尔法则，在某种程度上预示着光明的未来，许多小企业将迎来他们的春天――同样，为开放硬件设计资源的做法也是。来看看为什么是这样，让我们重温我早些时候所作的，摩尔法指数增长更新设备与直线性工艺改进之间的比较。但这一次，我们需要考虑新的摩尔定律方案中，36个月或18个月的倍增时间。
如果你把这两行直线再次比较的话，你会发现线性改进的小企业可以在第八年之前拥有竞争优势――它带来的获利超过增长期限是36个月的摩尔法曲线。而且还有一大要点：在周围产品投放市场后的第二年或者第三年，公司有机会制造出从性能到应用度都有大幅度提高的更好的产品，如果它一直以来是以增量方式优化其设计，而不是只在等待摩尔定律来操作的话。换句话说，是有一个真正的市场窗口，可以让小企业的工程师从他们的创新中获利――以一个他们可以跟得上的速度。
你可以期待摩尔定律减速能够带来的另一个好处是：一个标准化程度更大的平台。十年前，为平板电脑或移动电话创建一个可使用外来组件替代的标准平台，会被认为是荒谬的因为基础的技术更新速度实在太快。但现在，这已成为一个合理的命题。
建立稳定、开放的性能竞争平台将为小企业打开新的大门。这类公司仍然可以选择保留他们坐享其成的发展方式，但这样做，他们将不得不创建一个专有的基础架构来支持他们的产品的发展，同时加强他们的设计。许多这类公司会发现在通用的硬件上运行对他们来说是在浪费不必要的时间和能量――他们可以利用这些时间和能量精炼他们产品的特殊设计部分。所以越来越多的公司将会选择使用开放的硬件信息共享系统，就像很多企业已经在软件领域达成了共识那样。
我预见到的另一个变化是，人们将会慢慢发现，共享性可实地编程开放通路比起已经设定好的个人电脑硬件系统将更加灵活可用。其中一个原因很简单：随着晶体管缩小到原子尺度，在制造过程中出现的缺陷注定要变得更加普遍。如果这种缺陷率很高的新式硬件被应用到电脑主板上，一个小错误带来的破坏力可以很容易地波及到整个电子装置。但基于共享性可实地编程开放通路，你可以现场安排你的电路，从而达到避免小规模缺陷的同时还能物理布局、使计算机继续运行的目的。
考虑到目前电路配置相对困难，我们还能看到共享性可实地编程开放通路的另一个光明的未来。这项工作往往需要一种像Verilog一样的硬件系统语言。它类似于软件编程――尽管它通常比一般的软件编程更具挑战性。唯一真正可以选择的选项就是编程勉强维持更好的性能，或者受制于人，从大硬件制造商那儿获取他们提供的，支持大规模并行处理的多核电脑主板，而且后一种模式已经被证明是困难的，因为它必须要保证工程师们更加努力，为了让更多的电子晶体管被放到一块主板上，为了让更多内核存储量被释放出来。
所以在将来，编程多核处理器和共享性可实地编程开放通路的配置将可以达到所需的工作量上的公平竞争。如果当这种竞争也成为历史，那么更多的小型企业将肯定会选择前景更加光明，续航能力更强大的共享性可实地编程开放通路。当开放硬件公司切换到使用共享性可实地编程开放通路而不是根据摩尔定律改造电子主板，它们也会参与到共享硬件系统语言文件的队伍中。到那个时候，用户与小型企业就可以重新配置电路，甚至连个人使用者都可以通过，在共享性可实地编程开放通路内部。所以，开放硬件运动可穿透微电子设计，在非常深的层次上支持电子信息产业的发展。
另一个可喜的变化是，未来计算机修复文化作为技术的拓展过程的一部分，将会变得更加可持续，更加永久。从购买一台电脑之日起，在第五年更换破旧电脑部件将不会显得那么傻，尤其是当更换部件与最新版本的硬件具有几乎相同的规格、价格。此更改摒弃了“要么保持原装，要么放弃扔掉”的无奈抉择，同时将创建电子示意图和备件的副产品产业的市场，反过来会促进共享性可实地编程开放通路的发展，应对一天天增长的业务需求。
目前摩尔定律的减速已经显示在对硬件大小等基本需求并不是特别敏感的产业的市场中，一步步开始改造它们的产品性能及其影响。例如，“阿尔都力诺单片机平台”。阿尔都力诺（一个可用领域涵盖教育、物理计算的简单的嵌入式控制应用程序）对它的性能需求随时间发展并不明显，并且，也正因为此，平台可以非常稳定。事实上，许多阿尔都力诺董事会的成员自己还在使用2005年以来几乎没有更新过的相同硬件。这种稳定，反过来使得阿尔都力诺的成长深深扎根于日益兴旺的用户基础之间，让它作为一个享有开放标准的硬件加载项目，在市场竞争中获益匪浅。
另一个例子是在中国非常常见的山寨现象。山寨，通常被欧美思维看成“海盗式掠夺”行为，是一般小型企业依靠在他们的社区获取到的资源打造低端手机内硬件设计共享的蓝图。这些手机的目标客户是那些在很大程度上连大小写都分不清楚的低端用户，从而，它们对CPU技术的改进需求并不是很大。山寨那么多年以来一直使用本质上相同的核心芯片组，但是这种妥协并不会损害其最终产品的竞争力。这种稳定反过来为这些没有大量资源支持、但是眼光毒辣，应对敏捷的小创新者提供了时间，在他们彻底了解平台和关于同一主题的重复产出原理之后，他们也能够生产出这样的产品。你可以怪他们藐视知识产权法，但你不得不承认他们拥有惊人的二次创造力，而且最后，他们利用非常有限的经费，却达到了出乎意料的好效果。
美好的前景已经在眼前展开，我相信，在不远的将来，许多其他类型的开放硬件系统将会遍地开花。摩尔定律不可避免的放缓可能会带来麻烦，对今天的科技巨头来说，可能还意味着异常残酷的宝座之战，但是它为羽翼未丰的开放硬件运动创建了一个成长的良好环境，也为正在创建中的共享性可实地编程开放通路系统，提供了源源不断的宝贵机会。这对电子信息产业发展的未来前景来说，绝对是一个从天而降的彩蛋。
最后，就个人而言，我盼望发生的那些变化――包括一群手工化、创新化的能工巧匠的回归，包括一个优雅、新生有活力，不断优化平衡的价值高于原始指数式发展速度的产业共同体。即使摩尔定律突然或在不久后结束，电气工程师和消费者也应该学会停止忧虑，将目光着眼于不断发展的未来前景，并且在其中找到自己的价值。
资料来源IEEE Spectrum
责任编辑 粒 灰
中国山寨那么多年以来一直使用本质上相同的核心芯片组，但是这种妥协并不会损害其最终产品的竞争力。这种稳定反过来为没有大量资源支持、但是眼光毒辣，应对敏捷的小创新者提供了时间，在他们彻底了解平台和关于同一主题的重复产出原理之后，他们也能够生产出这样的产品。你可以怪他们藐视知识产权法，但你不得不承认他们拥有惊人的二次创造力，而且最后，他们利用非常有限的经费，却达到了出乎意料的好效果。
――――――――――――
本文作者：安德鲁·邦尼·黄（Andrew“bunnie”Huang），在2002年获得麻省理工学院电气工程博士学位后不久，就写了《去黑了那个X机箱：概论逆向工导论》（《Hacking the Xbox》）。他曾经在昌比硬件公司任职首席开发师，现在经营自己的电子设计公司。在这篇文章里出现的材料最初取于作者的博客帖“为什么开放硬件运动将会迎来它最美好的时光”。