本专题报道作者蒂姆·克罗斯说,成本的急剧下降正在推动另一场计算机革命

物联网 (IoT) 这个别扭的名字背后是一个宏大的想法。它认为,尽管计算机革命已经带来了这么多变化,但这部大戏还只是刚刚开场。它的第一幕发生在第二次世界大战后,把计算带入了政府和大公司。第二幕是通过台式机、笔记本电脑,以及最近的智能手机把它带给了普通人。第三幕会把计算机化的所有优点——还有缺点——带给其他所有东西。从工厂、牙刷,到起搏器和蜂箱,计算机被嵌入到了各种各样本身并不是计算机的物品中。

计算机的魔力在于,它用一台机器提供了一种能力——计算,处理信息和做决策——而这曾经是生物大脑的专属。物联网预见了一个让这种魔力变得无处不在的世界。无数微小的芯片将被编织进楼房、城市、服装和人体,而一切都通过互联网连接在一起。

具体而言,这会为日常世界带来源源不断的好处。一些源于便利。有微芯片的衣服可以告诉洗衣机如何处理。智能交通系统将减少人们在交通信号灯前的等候时间,并让汽车在城市中的分布更合理。一些有关生产率的提高,而这是推动经济增长的根本动力。例如,来自工厂机器人的数据可让算法预测它们何时会出故障,并安排维护以确保这不会发生。植入的传感器将发现家畜发病的早期迹象,并对其饲养进行微管理。总的来说,这些好处将会总和成一种更深远的变化:一个计算机化的世界收集和处理有关它自身的海量数据,将使居民能够量化和分析过去他们依赖直觉的各种不精确的事物。

分析公司 CCS Insight 的马丁·加纳 (Martin Garner) 说,理解物联网的一种方式是把它与另一种改变世界的创新做类比。在过去的一个世纪中,电力使消费者和企业 (至少在富裕国家) 无论何时何地都可以使用这种基本而普遍有用的东西——能源。物联网之于信息就像电力之于能源。

接管

与如此雄心相呼应,物联网的预言者喜欢庞大的数字。管理咨询公司贝恩资本估计,到 2021 年,在这方面的总支出将达到 5200 亿美元。另一家咨询公司麦肯锡对未来的预测甚至更为激动:它认为,到 2025 年,物联网的经济影响可能会高达每年 11.1 万亿美元。芯片设计公司安谋 (Arm) 专门研究物联网所需的低功耗芯片,它认为到 2035 年可能会有一万亿个这样的设备,这意味着计算机化的联网小发明与控制它们的人的数量之比要大大超过 100:1。

像大多数未来场景一样,物联网有很大一部分已经到来——只是 (尚未) 均匀分布。将计算机融入其他事物的想法并不新鲜。核导弹、喷气式战斗机和将宇航员带到月球的价值数十亿美元的航天器都是它早期的应用。起初,计算机昂贵得令人却步。但成本却持续、迅速地下降。相比 1970 年代第一批微处理器刚刚投入商业使用时,今天计算机的价格大约是那时的一亿分之一 (见图表)。根据计算机科学家约翰·麦卡勒姆 (John McCallum) 收集的数据,1956 年一兆字节的数据存储成本约为 9200 美元 (按今天的价格计算为 85,000 美元)。现在它只要 0.00002 美元。

运营成本也下降了。据斯坦福大学的乔纳森·库米 (Jonathan Koomey) 估计,从 1950 年到 2010 年,一度电可能完成的数字运算量增长了约 1000 亿倍。这就是说,即使是由电池供电的廉价芯片,其性能也要比 1970 年代的超级计算机好。让这些计算机与世界相连接也更便宜了。微型传感器的成本在下降,这在一定程度上要归功于智能手机的普及——这些手机里头从微型相机到陀螺仪和加速度计应有尽有。银行高盛表示,2004 年至 2014 年间,物联网中使用的传感器的平均成本从 1.30 美元降到了 0.60 美元。

过去几十年中,这些趋势已经改变了客机和汽车,让它们变成了带翅膀或轮子的计算机网络。它们还扩散到了洗衣机、烟雾报警器、温控器,以及植入人体的医疗设备中。今年 7 月,即计算机辅助登月 50 年后,美国公司帮宝适宣布推出可夹在纸尿布上的 Lumi 传感器。它会监控睡眠模式,并在需要为小宝贝更换纸尿布时向父母的智能手机发送警报。

要创建一个物联网,你需要的不只是一万亿台廉价计算机。你还需要将它们连接起来的方法。比起计算成本,电信成本的数据要模糊一些。但技术进步让这方面的成本也下降了。1860 年,从纽约向新奥尔良发送十个词的电报的费用为 2.70 美元 (约合今天的 84 美元)。如今的数据传输速度以兆位/秒为单位。(一兆位约等于 2700 份十词电报)。一个月只需花几十美元就可获得每秒数十兆位的连接速度。随着电信变得越来越便宜,它们变得更普及。据行业组织国际电信联盟估计,2018 年全球有 51.2% 的人口可以使用互联网,而十年前这一比例为 23.1%。

最后一个要素,是要有一种方法来收集这个万亿台计算机组成的世界生成的所有数据并充分理解它。现代的人工智能技术擅长从大量原始数据中提取有用的模式。无处不在的通信意味着,由相对简单的芯片收集到的数据可以用组成了「云」的数据中心中性能强大得多的机器来分析。

全员参与

企业蜂拥而入——它们被新业务的诱惑所吸引,害怕错失机会。微软、戴尔、英特尔和华为等信息技术巨头承诺帮助工业部门计算机化:为它们提供基础设施来让工厂智能化,提供传感器来收集数据,提供计算能力来分析收集到的信息。它们与较老的工业企业既竞争又合作:德国工业巨头西门子一直在疯狂收购物联网相关企业,包括从专营传感器到办公室自动化的各种公司。消费者品牌也不甘落后:全球最大的家用电器制造商惠而浦已经推出了可以通过智能手机应用远程控制的智能洗碗机,这个应用还可以扫描食物条形码,将烹饪指令传送给烤箱。

万物计算机化是一个大命题,并且需要数十年才能实现。本专题报道旨在提供一个指南,并给出一种方法来思考这种变化可能意味着什么。它会审视消费者和工业应用,还将研究可能使物联网成为现实的新型芯片——它们单片成本不到一美分,并且能从阳光或环境热量中获取运行所需的能量。

本报道也将探讨弊端。传感器无处不在的世界里,监视也无处不在。消费电子产品将使用情况数据传回给制造商。从机场到办公大楼的智能建筑已经可以实时跟踪在其中通行的人员。30 年来的黑客和网络攻击已证明计算机是不安全的机器。随着它们的扩散,这种不安全也将蔓延。不法之徒将能够远程大规模利用这一网络。

我们先来看看这场新的计算革命已经表现得最为显著,并且大多数人将会——或者已经——遭遇物联网的地方:自己的家,还有充斥其中的消费电子产品。