从KMGTP和mµnpf看技术的发展及局限性

这篇文章提出了一个“技术自由空间”的概念，并应用了一种MmT坐标系。

当人类实现了空间或时间上的某个宏观或者微观尺度，即称为该尺度下的技术自由。

“技术自由空间”，用来度量人类探索世界的自由度，随着这个空间范围的扩大，人类探索世界的自由度也就越大。

技术自由空间=微观技术自由空间+宏观技术自由空间

1 K MG TP

千 兆 吉 太 拍

1999年，我在写研究生论文，导师给了我一台486电脑，500M硬盘，4M内存，操作系统安装的是Windows 95，占用了100多M硬盘空间，剩下的不到400M供其它软件安装和文件存储。而仅仅4M的内存空间则提供了所有软件运行的空间。

今天，主流的笔记本电脑硬盘1T(增大了2000倍）内存16G（增大了4000倍），操作系统安装Windows 10，初始需要占用3~4G以上的空间，随着使用时间的增长，最终需要占用40G以上的空间。

从计算机术语上来说，1K是指的1024个单位，为什么用1024呢，因为在2进制中210即1024，称为1K，220为1M，230为1G，240为1T，250为1P。

Kilo Byte（千字节）=1024 B

Mega Byte（兆字节）=1024 KB

Giga Byte（吉字节）=1024 MB

Tera Byte（太字节）=1024 GB

Peta Byte（拍字节）=1024 TB

当KMGTP作为商业单位时（如市面上卖的硬盘标的容量）换算关系则采用了十进制，103-1K（千），106-1M（百万），109-1G（十亿），1012-1T（万亿），1015-1P（千万亿）；1 M=1000 K，1 G =1000 M，1 T=1000 G，1 P=1000 T。

2000年之前，G都很少听到，T更无人提及，大家更多用到的是M，在中关村，花1800块钱买了128M内存的朋友也大有人在。现在，同样的价钱买到的内存是当时的容量上千倍，更不用说性能的巨大提升了，这是摩尔定律带给我们的好处。

今天，大的硬盘用T作为计量单位，如今最大的硬盘有上百个T，假以时日，硬盘空间超过1000T，P也会派上用场。

千兆吉太拍，是往大了说。

2 m µ np f

毫 微 纳 皮 飞

毫微纳皮飞，是往小了说。 mµnpf，和KMGTP不同，一般都是从十进制上进行定义，很少有人用二进制进行描述。

m(毫)：代表 千分之一，10-3

µ(微)：代表 百万分之一，10-6

n(纳)：代表 十亿分之一，10-9

p(皮)：代表 万亿分之一，10-12

f(飞)：代表 千万亿分之一，10-15

mµnpf在空间尺度描述上，用的最多的就是在半导体制造领域。

1958年，Jack Kilby基尔比制造出地球上第一块集成电路，包含电阻、电容、二极管和三极管组成的Phase-Shift Oscillator ，成品的尺寸为：0.12ｘ0.4英寸（3.05ｘ10.2mm），这时候，晶体管的尺度还需要用毫米mm来度量。

1971年，Intel 4004 内含2300个晶体管，使用 10 μm 制程；

1989年，Intel 486 内含120万个晶体管，使用 1 μm 制程；

2000年，Intel Pentium 4 内含4200万个晶体管，使用 0.18μm 制程；

2019年，Intel i9-9980内含约100亿个晶体管，使用 14 nm 制程；

目前，7nm已经是成熟工艺，5~3nm也已经量产，成功应用到产品中...... 还能更小吗？应该还是可以的，目前芯片制造的头部大厂都在努力推进1nm技术，当然这只是概念上的推进，即从晶体管密度上进行等效描述。 从目前的工艺技术上来讲，晶体管的最小结构还无法做到1nm，因为1nm的宽度上最多只能容纳3个硅原子。

mµnpf在时间尺度描述上，则和KMGTP相对应，互为倒数，频率为1K的时钟，其周期为1m秒；频率为1M的时钟，其周期为1µ秒；频率为1G的时钟，其周期为1n秒；频率为1T的时钟，其周期为1p秒,频率为1P的时钟，其周期为1f秒。 飞秒有多短，一飞秒之于一秒，如同一秒之于 3171 万年。 飞秒虽然极短，依然可以细分，其千分之一为阿秒，一阿秒之于一秒，如同一秒之于 317.1 亿年，约为宇宙年龄的两倍多。 2023年诺贝尔物理学奖，就和阿秒有关，该诺奖研究成果“展示了一种产生阿秒光脉冲的方法，可用于测量电子移动或改变能量的快速过程。” 该诺奖的重要意义还在于其拓展了人类的“技术自由空间”。

3 和日常的关联

千兆吉太拍KMGTP，毫微纳皮飞mµnpf，这些抽象的单位和我们日常生活关联起来又会有什么特别的意义呢？

例如，G（吉）代表10亿，到底是多大的概念呢？

如果一个人的一生可以用秒来计算，假如他能活到80-100岁，就是2.5G秒-3.2G秒的时间。

3G秒的时间大约是95年，也就是说，我们大多数人是活不过3G秒的。

T（太）代表 万亿

1G秒大约是32年的时间，1T秒大约是32000年，人类进入“认知革命”也就是2T秒之前，也就是说2T秒之前，人类才和动物真正区分开来，跃升为食物链顶端的物种。

现在，GDP也可以用到T了，2022年已经有17个国家GDP过T，其中美国是25T，中国18T，分别占世界GDP总量的25%和18%。

光速（电磁波）是目前已知最快的速度，真空中30万公里/秒，3*108米/秒，如果用纳秒度量：0.3米/纳秒，用皮秒度量：0.3毫米/皮秒，用飞秒度量：0.3微米/飞秒。

在有机基板上，传播速度则要减半：150毫米/纳秒，150微米/皮秒，150纳米/飞秒。

在陶瓷基板或者硅基上，传播速度则要减为三分之一：100毫米/纳秒，100微米/皮秒，100纳米/飞秒。

在微小的时间尺度里，光也变得很“慢"了，1飞秒的时间，信号甚至不能飞越一个晶体管的尺度。（7纳米工艺的单个晶体管宽度大约为100纳米），在这么微小的时间尺度内，信息是无法传播的。

4 技术自由空间

MmT坐标系

这里，我们定义一个坐标系，称之为MmT坐标系。 M-Macro代表宏观尺度，m-micro代表微观尺度，T代表实现的时间。 坐标系的横轴代表空间或时间的尺度，左侧代表微观尺度，越往左侧尺度越小：10-1，10-2，10-3...10-12...10-15...，右侧代表宏观尺度：101，102，103...1012...1015...，原点为100； 坐标系的纵轴T代表人类实现该尺度的时间或年份，T往上为宏观尺度实现的时间，T往下为微观尺度实现的时间。 我们可以从原点到横轴右侧的某一个点为直径画一个圆，圆内的空间，称之为宏观技术自由空间；我们也可以从原点到横轴左侧的某一个点为直径画一个圆，圆内的空间，称之为微观技术自由空间。 纵轴上方为记录宏观自由空间实现的时间点，例如1980年，从宏观圆的顶端做平行于横轴的切线，与纵轴相交点，记录该时间点。 纵轴下方为记录微观自由空间实现的时间点，例如1990年，从微观圆的底端做平行于横轴的切线，与纵轴相交点，记录该时间点。

技术自由空间

什么是技术自由？

"实现"即为"技术自由"

当人类实现了空间或时间上的某个宏观或者微观尺度，即称为该尺度下的技术自由。

这里，我提出“技术自由空间”的概念，用来度量人类探索世界的自由度，随着这个空间范围的扩大，人类探索世界的自由度也就越大。

技术自由空间=微观技术自由空间+宏观技术自由空间

按照KMGTP和mµnpf，我们就可以绘制出如下的技术自由空间：

随着技术自由空间的不断增大，两侧的圆都会逐渐切近纵轴，纵轴两侧的剩余的空间我们称之为“X空间”，X空间代表着人类技术尚未实现或达到的空间或时间尺度。

随着时间的推移，技术的不断发展，两边的圆的直径越来越大，在临近原点处，圆弧接近直线，人类的技术自由空间也会越来越大，充满了整个空间，X空间似乎被无限压缩了。

确实，从近距离看，随着技术自由空间的不断增大，X空间似乎被压缩的很小很小了。然而，当我们的视点放到更远处，我们就会发现，无论如何增长，技术自由空间始终是有限空间，而X空间始终是无限空间。 人类的认知，如同技术自由空间一样，无论怎么增长，增长的有多快，始终是有限的。 而未知，始终是无限的......

审核编辑：汤梓红