31、以有限资源进行计算：鱼与熊掌兼得之道

以有限资源进行计算：鱼与熊掌兼得之道

1. 引言

计算是物理过程，必然伴随着资源成本，包括材料、人力和能源。在实现计算的成本与设备最终的计算能力之间找到平衡至关重要。一方面，有人认为资源有限，现有计算机速度已足够，应将资源用于其他领域；另一方面，也有人指出对高性能信息处理技术的需求会不断增加，构建更强大的信息处理设备对人类生存至关重要。但无论持何种观点，以更低成本实现相同性能总是更优选择。

计算无处不在，从简单生物体到人类设计的计算机都是物理过程。例如，细菌寻找食物时的趋化性运动由其生化机制高度调节，涉及感官输入、信号级联和基因表达等复杂相互作用；人类思想也是大脑神经放电模式的物理产物，受离子通道开闭调控。人类从数千年前就开始设计计算工具，从简单计数系统到现代计算机。

“意外计算”的概念为实现资源高效计算提供了新思路。我们可以思考未专门为计算设计的系统能否用于计算，以及能实现多少计算能力。例如，希拉里·普特南曾提出简单岩石可转化为任意复杂度的自动机，但实际中信息处理工程师并未用岩石设计计算机。这表明物理计算问题复杂且充满悖论，理解为何不能用岩石构建笔记本电脑，有助于我们思考“计算能力”以及实现它所需的资源。

系统实现相分离的能力是确保资源高效计算的关键特征，相空间分离能在计算能力和实现成本间达成有利平衡，且部分系统可能以较低成本实现相分离。这一讨论对设计原位信息收集和处理的应用至关重要，此类应用要求计算设备能耗低。

2. 为何更大不一定更智能

通常认为系统规模越大越智能，如人工神经网络和深度学习技术，系统智能随神经元数量增加而提高。早期训练大型网络困难，如今训练问题解决后，这些技术在很多领域得到应用。

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