指尖上的通訊與運算： 技術發展回顧和前瞻

( 2017 年 7 月 14 日 / 成功大學資訊工程系 / jserv )

議程摘要

1995 年，時任 Microsoft 總裁的 Bill Gates 在 Comdex 電腦展的開幕演說中，提到 "Information at Your Fingertips"，他回顧個人電腦的快速發展和正在茁壯的網際網路生態， 提出前所未有可串聯人們知識、情感，和各項經濟活動的新變革儼然而生 —— 資訊就在指尖流動，不過當時很多人只是將後者當作比喻。但在二十多年後回顧，指尖在智慧型裝置上的移動， 經過各種寬頻且大範圍的通訊機制，輾轉在眾多雲端基礎建設的支持下，就可即時與不同的人事物互動，再自然不過了！本議程期望從電腦處理器、通訊技術、雲端運算、物聯網，還有開放原始碼及區塊鏈等演化，回顧你我所見的 21 世紀是如何建構。

「世界上有七十億人口，但我們認識的世界，卻是靠身旁大約數百人所建構出來的」

The Road Ahead

《The Road Ahead》是微軟的聯合創始人兼時任執行長 Bill Gates、微軟執行總監以及記者於 1995 年共同完成的。該書主要講述了個人電腦的革命以及信息化對未來的巨大影響。Bill Gates 從中獲得 250 萬的版稅，全數捐給National Foundation for the Improvement of Education。台灣由遠流出版社於 1996 年發行中文翻譯版，此中文翻譯版本之書名為「擁抱未來」(ISBN 9573227177)。

1995 年，Bill Gates 在 Comdex 電腦展的開幕演說也以 "The Road Ahead" (video) 為題發表演說。

• 開頭的 2005 年，是指在 1995 年預測 10 年後的科技發展
• 個人電腦從運算到通訊
• Information highway
• 個人電腦產業的變遷
• Information at fingertips 概念起於 1990 年
  • 物件導向程式設計: 比方說 C++ 和 Java 等程式語言
  • 文件中心化運算: 像是可在 Microsoft Word 嵌入 Excel 試算表、從 Internet Explorer 複製圖文到 PowerPoint
  • 傳真、信件的整合
  • Pen computing (!): tablet computer
• 過去一年市場銷售超過 4000 萬台個人電腦
  
  ( 年度個人電腦營收數據 )
• 微處理器的運算能力的演化
  • 1981 年 (IBM PC 和 MS-DOS 推出): Intel 8088 (8 位元的設計) 運算能力為 0.33 MIPS (每秒百萬指令)
  • 1984 年: Intel 80286 (16 位元的設計) 運算能力達到 1.5 MIPS
  • 1986 年: Intel 80386 (32 位元的設計) 運算能力提升到 6.0 MIPS，允許執行圖形化使用者介面 (GUI)
  • 1990 年: Intel 80486 (32 位元的設計) 運算能力再度提升到 20 MIPS，多工 (multi-tasking) 得以順暢地落實
  • 1993 年: Intel Pentium (32 位元的設計) 運算能力大幅提升，達到 100 MIPS，效能提升不再是線性增長，而是指數倍增

摩爾定律 (Moore's law) 是由 Intel 共同創始人 Gordon Moore 提出：積體電路上可容納的電晶體數目，約每隔兩年便會增加一倍；經常被參照的「18個月」，是由英特爾前執行長 David House 所說：預計 18 個月會將晶片的效能提高一倍 (即更多的電晶體使其更快)

The Free Lunch Is Over: A Fundamental Turn Toward Concurrency in Software 一文提到，Free (performance) lunch 指的是程式設計的效能可以透過 CPU 時脈的進步而得到改善。會說 over 是因為 CPU 的時脈無法得到更進一步的增加，由於耗電和散熱的問題，所以程式設計師必須要修改程式才能改善效能。本世紀開始，CPU 時脈並沒有隨著電晶體數量而增加，反而是趨緩了

• 1996 年的處理器能力為何？

  • 參照 Chronology of Microprocessors，得知 Intel 在該年 6 月推出 200 MHz 的 Pentium，該年 Intel 在微處理器市場出貨量佔 77%，而營收更佔了 88% (競爭對手 AMD 則佔 12%)，到 1997 年的時候，Intel 囊括 x86 相容處理器市場的 91% 營收 (於是有人戲稱 Intel 和 Microsoft Windows 的組合為 WINTEL)，脫穎於 AMD, Cyrix, IBM 等競爭對手
  • 同時期非微處理器等級的晶片有
    • Digital Equipment:500 MHz Alpha 21164 processor
    • IBM: 300 MHz version of the PowerPC processor
  • 以當時 150 MHz mobile Pentium 處理器來說，針對個人電腦的省電版本，採用 0.35 micron 製程，工作電壓為 3.3V，市場價格為 341 美元 (!)，而 200 MHz Pentium 處理器同樣是 0.35 micron 製程，要價 599 美元 (!)

• 「內容」(來自電視或各種媒體) 對於消費性電子產品的重要性

為何我們要回顧歷史？

• 多樣性來自競爭和演化: 如果我們只看秦漢盛世，就無法理解春秋戰國百家爭鳴，更不能推想多元文化的存在;
• 市場最終勝利者往往吸取前人的經驗和養分，並且反映人們在不同時空背景的需求和互動;
• 技術無法獨立存在，技術的提出就是來解決特定問題和滿足人類需求;
• 理解技術，從演化著手，理解演化，當然要回顧歷史;

今昔對比

• 運算能力的巨變

[ source: Isn't this amazing? Computer Now & 58 years ago. ]

圖片上方展示在 1957 年，英國英格蘭東區 Norwich 市議會的第一台電腦，當時將送至財務部，勞師動眾搬運的電腦型號是 Elliott 405，後者由英國的 Elliott Brothers 公司設計和製造於 1956 年，圖片可見到貨櫃上諾大的 ELLIOTT 字樣。

Elliott 405 當時售價 8 萬 5 千英鎊，考慮到通貨膨脹，約略今天的 144 萬英鎊，也就是新台幣 6 千萬元。電腦的 CPU 時脈在 93-1089 Hz 之間，採用磁鼓記憶體 (drum store) 作為主記憶體，僅 16 KB，快取 (cache) 記憶體則是 1280 Byte，非揮發性記憶體採用塗磁膠片 (magnetic film) 技術，空間為 1.2 MB。該電腦每秒僅能輸出 25 個字元，機器的重量在 3 到 6 頓之間。

下方圖片則是 2015 年的 Raspberry Pi Zero，處理器時脈 1 GHz，而主記憶體則是 512 MB，快取記憶體有 32 KB (採 Modified Harvard 架構，指令和資料快取各佔 16 KB)，而售價卻只要 5 美元，也就是新台幣 150 元，重量才 9 公克 (!)。有意思的是，相隔 58 年的兩台電腦，背景都在同一個地方，也就是 Norwich 市中心的財務部。

延伸閱讀:

• http://www.spinellis.gr/blog/20151129/

• 主記憶體的巨變

[ source ]

在生物演化中，「寒武紀大爆發」始於距今 5.42 億年前的寒武紀時期，化石記錄顯示絕大多數的動物「門」都在這一時期出現。持續了接下來的大約 2 千萬年到 2 千 5 百萬年，帶來大量的較高等生物以及物種多樣性，於是，這一情形被形象地稱為生命大爆發。這也是顯生宙的開始。而在數位資訊的世界中，也有類似寒武紀大爆發的現象，我們把時間移動到 35 年前。

講到可攜帶的電腦裝置，我們今日就會下意識聯想到手機和平板電腦，但這個概念一直要到 1981 年 4 月，才由 Osborne 1 這款可攜帶式電腦加以落實。當時 Osborne 1 重量達到 10.7 公斤 (!)、要價 1795 美元，裡頭執行 CP/M 作業系統，版本為 2.2，RAM 僅有 64 KB。相較之下，OnePlus 3 手機就配備了 6 GB 的 RAM，卻只重 158 公克！

換言之，當可攜帶的電腦裝置從 1981 年走向 2016 年，光是 RAM 就足足差了近 10 萬倍，重量也差了兩個數量級，產品的多樣性更是琳瑯滿目。不要忘了，Osborne 1 的螢幕每行僅能顯示 32 個字元 (character)，而且電池不是內建於裝置中！

Business @ the Speed of Thought

1999 年，Bill Gates 在新書《數位神經系統 －－ 與思想等快的明日世界》(Business @ the Speed of Thought）中大膽寫下 15 個預言，預測未來世界走向

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價格比對網站

預言：自動化的價格比對服務將會面世，讓消費者同時比較商品在不同網站上的價格，毫不費力的找到最價廉物美的貨品。

實際情況：在 Google 和 Amazon 都可做到 Bill Gates 所說的價格對比功能

Hotels.com 和 Trivago 當然也是這類案例

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移動裝置

預言：人們會隨身攜帶小型電子裝置，隨時隨地與人溝通、處理業務。人們更可在這裝置上看天氣報告，翻查航班資料，又或收到財經市場資訊。

實際情況：現代人「機不離手」，長期在手的智慧型手機、戴著的智慧型手錶已做到上述功能。

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網路金融及醫療服務

預言：人們可在網上付清帳單、管理個人財政，甚及與醫生溝通。

今日，網絡結帳，甚或網上借貸已成常態。至於網絡醫療，仍在起步，其中一些醫療應用程式經已為人們提供很大便利，如為癌症病人專設的 ePRO，患者可透過程式通報病情，讓醫療團隊更了解患者狀況。

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智慧個人助理

預言：人類會發明「個人夥伴」(personal companions)，將家居或辦公室各種儀器連接。這電子個人助理會為你查電子郵件、看通知、提醒你重要訊息。例如，當你走進商店，助理會自動準備購物清單，並將相關資料同步到各平台進行分析處理。

實際情況：Google 研發的智能助理 Google Now 正朝著此方向發展。而現有技術能做到部分工作，如智能儀器 Nest 在紀錄人的生理時鐘後會自動調節室內溫度，Amazon 的 Echo 和 Google 的 Google Home 都可替你閱讀電子郵件，甚或指導你煮食。

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家居監控

預言：無間斷的家居影像監控變得普及，讓你隨時知道有沒有不速之客。

實際情況：2014 年，Google 買下閉路電視公司 Dropcam，發展相關技術。不少新創企業也推出了「智慧門鈴」（smart doorbell），用家可以透過攝影鏡頭隨時隨地監控門外狀況。

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社交媒體

預言：讓人與家人朋友通訊溝通、相約共聚的民間網頁會日漸流行。

實際情況：於 2004 年成立的 Facebook 迄今超過 20 億使用者。另外還出現了大量社交網站和即時通訊程式，如 Snapchat, Instagram, WhatsApp 等。

2014 年，Facebook 宣佈收購手機通訊軟體 WhatsApp，歐盟委員會最終批准這筆交易，Facebook 以 218 億美元的高價收購 WhatsApp。同年 8 月份，台灣聯發科技市值約 268 億美元，而 WhatsApp 的價值已不相上下。 [延伸閱讀]

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自動化促銷

預言：軟體熟知使用者的一舉一動，在你擬定旅程時，只需簡單搜索，軟體即可為你設計行程，搜羅當地各式各樣的活動和折扣優惠。

實際情況：旅遊網站 Expedia 和 Kayak 等會根據用戶過往紀錄找出最適合用戶的交易，而「共享經濟」佼佼者 Airbnb 開始提供度身訂造的旅遊，讓你在旅遊時真正體驗當地生活。

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體育賽事直播聊天室

預言：看電視直播體育賽事的同時，人們可以即時討論戰況，投選你認為會贏的隊伍。

實際情況：眾多媒體已經可以提供直播，也有即時聊天功能，最簡單的例子便是 Facebook Live，容許人們在一邊收看直播一邊討論，又或按心情「投票」。

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智慧廣告

預言：電子裝置會有「智慧廣告」系統，明暸你的消費喜好，繼而投其所好，展示最貼身的廣告。

實際情況：Google 和 Facebook 的廣告服務已變得愈來愈個人化，收集用戶的所在地、興趣、購物紀錄和瀏覽歷史等大數據後，會自動生成切合需要的推廣。

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電視和互聯網交融

預言：電視廣告會包含網址在內，助你延伸了解相關內容。

實際情況：幾乎每個廣告都會叫觀眾按進「以下網址」，又或呼籲人們追蹤他們的 Twitter, Instagram。

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網上討論區

預言：人們將會在網上討論各種議題，如本土政治、城市規劃等。

實際情況：大部分傳媒網站的報道下都開放予公眾留言，自由表達意見。另外，數之不盡的網上論壇也提供平台，讓網民暢所欲言。社交網站上討論政治運動最終更可形成動員力量，如近年的 阿拉伯之春及美國的 Black Lives Matter 運動等。

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網站轉以興趣為發展方向

預言：網上社群的形成不受地域限制，反而多為人們的興趣而組成不同社群。

實際情況：網路生態正朝著「主題式」的方向發展，亦即不同網站或社群各有主題，集中於個別範疇。以 Reddit 為例，Reddit 之下有許多子 Reddit，專門討論單一議題或興趣；相同情況也可見於百度的「貼吧」社區，百度貼吧細分無數個子社區，如動漫吧、曼聯吧、龍珠吧、嵐吧等。

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專案管理軟件

預言：專案經理（Project managers）可透過網路管理和經營，進行組織、指揮、協調等關鍵流程，以達成目標。

實際情況：今日有大量企業軟件革新人們的工作模式，讓企業可以新方法組織團隊，分工合作。

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網上招聘

預言：求職者可在網上尋找工作機會，並事先讓招聘者知道他們的興趣、需求以及專長。

實際情況：這方面最成功的網站為 LinkedIn，其用戶可在平台上載履歷表求職，求賢若渴的企業也可透過平台找合適人選。

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商業社群軟體

預言：未來的公司會透過商業社群軟件（Business community software）對不同項目投標，有利大企業將在本業範疇外的工作外判、建立新的商業聯繫。

實際情況：這類軟體已在歐美商業環境普及，而且，受惠網絡發展，「零工經濟」（Gig Economy）興起，像設計師、作家、工程師都轉投自由工作者行列，利用網站或應用程式承包一些零碎工作。

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我們視為理所當然的現況，對於剛興起的網路服務、Google 剛脫離校園環境耕耘，Facebook 和智慧型手機都尚未面世的 1999 年，實是遙不可及的未來。然而，在 2017 年回看，Bill Gates 在 1999 年所作 15 項預測大多都已經成為現實。

2005 年之後

• 2007 年 Apple 的 iPhone 推出
  • 原本在消費性電子產品居下風的 Apple，創造出巨大的新突破口：行動網路
  • Steve Jobs 首度揭露 iPhone 時 (video)，不斷強調它同時是一台 iPod、一隻手機，跟一個上網裝置
  • 一個人們隨時拿著的上網裝置，創造更多軟體與網路的使用情境

• 2006 年 3月，Amazon 推出 EC2 (彈性運算雲端服務)，8 月，Google 執行長在搜尋引擎大會（SES San Jose 2006）首次提出「雲端計算」的概念。
  • 雲端服務降低消費者用網路軟體的門檻。消費者只要有上網的設備，不需要強大的硬體及高價軟體
• 雲端服務概念衍生出三個服務層級：
  • 基礎建設即服務 IaaS（Infrastructure as a service）
  • 平台即服務 PaaS（Platform as a service）
  • 軟體即服務 SaaS (Software as a service)

• 2006-2008 年: 首個 European IOT conference 舉辦

  • 數位時代的 物聯網系列報導
  • Internet of Things (IoT) History

• 2012 年，以開放原始碼技術為主軸的 Red Hat 公司實現 10 億美元的獲利，隨後數年獲利又倍增

開放原始碼和自由軟體

"The value of open source is not free code, but multiples of engineering investment."

• Linus Torvalds 在 TED 2016 的訪談
  
  「我不是願景家，我是工程師。我對那些四處遊蕩、望著雲端的人沒有任何意見。但是我是看著地面的人，我想修補就在我面前的坑洞，以免跌進去。」

1991 年 8 月 25 日，當時年僅 21 歲的赫爾辛基大學學生 Linus Torvalds 在新聞組貼出訊息，表示自己正在開發一個免費的作業系統，隨後在同年 9 月 17 日發布 Linux 核心的 0.01 版Linux。在 2016 年，Linux 開發屆滿 25 年。

Linux 源自 80386 個人電腦，扣除桌面系統以外的領域，幾乎都獲得巨大成功，舉凡手機、伺服器、超級電腦、防火牆、路由器、火星探測號、娛樂影音設備，甚至 SpaceX 也採用 Linux 作為火箭控制系統的基礎。

依據 Linux Foundation 的統計，Linux 核心程式碼超過 2 千 2 百萬行，每天新增 4600 多行程式，每小時合併出 7.8 個修補程式，9 到 10 周即推出新版作業系統核心。全球共有來自 1300 多家公司、超過 13500 多名開發人員貢獻 Linux 核心開發。其中有 5 千多個來自全球500 大企業。投注資源最多的公司包括 Intel, Red Hat, Linaro, 三星, SUSE, IBM, Renesas, Google, AMD, 德州儀器及 ARM 等。

前述大型公司的投入，大幅提升 Linux 的安全性和產業涵蓋。隨著 Linux 核心開發成為企業主管眼中的重要技能，無酬開發人員的比例由 2012 年的 14.6% 降為現在的 7.7%，換言之，現在投入 Linux 核心的開發人員絕大多數都是受雇於公司企業，大部分全職。

自由軟體成功的地方，向來都是擁有健全的產業生態鏈，絕不只是因為「免費」而成功的。

你會因為山林中有很多可自由採集的野菜，你會在家不用任何人動手就天天可以免費吃到嗎？

自由軟體如同山林中可自由採集的野菜，你得自己花時間自己去採集去學習怎麼料理，或是找個專家/餐廳來幫你採集與料理服務，有人(不論是內部或外部)提供專業服務，這樣的才吃的順口不壞了腸胃。若只是仗著免費，又隨便胡亂餵送的話，等著看大家會如何倒胃吧。

• 從「下町火箭」談開放原始碼

  • 創新，重點在於打破既有框架、既有想像，讓事物以新的樣貌重生。 不管是多小多小的創新，都是在改變世界。
  • 開放原始碼在商業策略上的利基在於:
    • 版權還是在原作者或發起公司手上
    • 程式碼是開放了，但專利不是你的
    • 專案主導掌控權不在你手上，只有參與合作的企業有機會參與決策
    • 企業共利，降低獨立開發成本

• 開放原始碼專案獲利指引

  • 捐贈按鈕
  • 懸賞
  • 群眾募資 (一次性)
  • 群眾募資 (持續性)
  • 賣書及周邊
  • 廣告
  • 受雇於公司並持續開發專案
  • 在職時啓動專案
  • 補貼
  • 咨詢服務
  • SaaS
  • 雙重授權條款
  • 免費增值授權
  • 開放核心
  • 基金會
  • 風險投資

延伸閱讀: 從 Revolution OS 看作業系統生態變化

區塊鏈

• 看不見的「區塊鏈」，決定你身邊的大小事將如何運作

• 區塊鏈的原理與應用（上）：比黃金還貴的比特幣

• 比特幣特性:
  • 交易識別確認：使用公開金鑰驗證機制，確認這筆交易的真實性，使用者不可否認，而且是屬於「可驗證的匿名制」，保留貨幣交易的特性;
  • 資料無法篡改：使用「區塊」與「鏈結」確保交易資料無法篡改;
  • 節點資料同步：使用「工作量證明」(Proof of Work; PoW）達成收斂同步;

• 區塊鏈的原理與應用（下）：顛覆金融業的創新技術

• 前面提到的交易識別確認、資料無法篡改、節點資料同步 3 種技術統稱為「區塊鏈」
• 「區塊」(block) 指事先設定好的欄位與格式儲存的資料，比特幣帳本就可視為一個區塊
• 「採礦」(mining）: 我們不只需要「資料篡改可以檢查出來」，更需要「資料無法篡改」，為此我們需要找到某些數值 (hash) 必須小於「困難指數」，重新計算變得異常困難，從而保護「交易」的內容不被篡改。
• video: What is Blockchain
• 延伸閱讀: 區塊鏈與你我

知識產業革命的發軔

18 世紀的工業革命是人類科技與智慧發展歷史中，重要的里程碑。它的意義不僅是機械代替人工，更深遠的改變了社會結構。

工業革命讓依賴人力生自耕農階級殞落，讓工業資產階級與工業無產階級壯大。生產力提升導致市場變得多元，也讓資產階級鞏固其政經地位。此外，透過技術達成生產進步、提供技術的開發者，其社會地位也逐漸攀升。當既有技術累積許久，現有的產能跟不上持續擴充的市場需求時，生產方式革命就會發生。

在網路普及、網速提升與上網費用逐漸降低下，也開始產生網路產業資產階級與無產階級。此時科技發明者就能從根本上改變生產技術。舉例來說，過去記者需花費大量設備的實地採訪，還需要經歷繁瑣的校稿歷程。現在透過網路，很可能僅靠一隻手機、一台平板電腦就完成了。當採訪記者回傳文章與素材時，辦公室內的編輯可以即時完成文章，同時發佈給讀者閱覽。知識產生與創作的距離，在這些應用程式幫助下被縮得極短。創作完成的當下即完成曝光。

免費搜尋引擎僅是個入口，Google 的關鍵是收集數據、掌握使用者的喜好與搜尋詞熱度。從這些數據不僅可以探勘出有用的脈絡，更可創造新的商業模式。難怪多數 SaaS 都是免費增值（freemium）模式 – 先獲得使用者的黏著與使用習慣，再求合理收費甚至廣告收益。

過去網路、媒體產業不斷有人提起「內容為王」。內容可能包含各種形式，甚至應用本身也能算一種內容，如電玩遊戲。而上述的各種協作工具都能縮短創作時間、提高產能，也能直接就地做曝光。

換言之，當傳統產業不跟上那些透過網路協作工具的新興產業，在曝光與產能上遲早會落後。加上電子商務蓬勃發展，未來可能連通路都被這些後進盤據。生產到售出的管道優勢在不知不覺移轉。

• 培養批判思考習慣，快速辨識數位產業界的各種吹牛

送大家一句話

李安執導的《飲食男女》裡頭有句台詞說：
「人生不能像做菜，把所有的料都準備好了才下鍋」