用鴿子送SD卡,是現代最高效的信息傳遞方式嗎?

1901年,尼古拉·特斯拉到處拉投資,在紐約附近建了一個叫做「沃登克里夫塔」的巨型鐵塔。這座鐵塔有將近60米高,有一個看起來像是蘑菇一樣的大鐵頭,動不動就向大氣層里面發射巨大的閃電。

用鴿子送SD卡,是現代最高效的信息傳遞方式嗎? 沃登克里夫塔工作原理示意圖

由於特斯拉的實驗保密程度比較高,加上射閃電的樣子實在是有點詭異,各種各樣奇怪的流言就傳了出來。有說這個塔是在召喚外星人的,也有說這個塔是一種新型的充電設備,可以用電弧讓周圍的電器運轉起來。

不過鐵塔實際上的功能和這些都不沾邊。在特斯拉的設想里面,這個塔其實是一個通信裝置,類似無線電台。特斯拉覺得,如果閃電的能量足夠大,就可以讓信號穿過大氣層,被遠方同樣設計的電塔接收到。

特斯拉的項目最終沒有完成,巨塔也在1917年被拆掉了。對於熱衷電子管朋克的人來說,這可能是個巨大的遺憾。但是從現實的角度出發,特斯拉的設想從一開始就註定不太可能成功。就算是高壓閃電真的能夠遠距離傳輸信號,一般老百姓應該也很難同意在自己家附近建一個會滋滋作響的高壓放電器。

用鴿子送SD卡,是現代最高效的信息傳遞方式嗎? 想想就覺得輻射應該挺大(不是)

但是特斯拉的這種瘋狂,也並不難以理解。人類想要遠程傳遞信息,實在是太困難了。

我們都聽說過馬拉松的故事。希臘聯軍在馬拉松戰勝入侵的波斯大軍,為了傳遞勝利的訊息,信使奔跑了40多公里回到雅典,據說他只來得及喊一聲「勝利了」,就永遠倒在了地上。

從那時算起的兩千四百多年里,奔跑的信使逐漸變成了馬匹和驛站,但是總體來說,想要把一個消息帶到遠方,最終還是脫離不了某種形式的人肉帶話。直到貝爾在1874年發明了電話,才徹底宣告一個新時代的到來。

信息長久以來的這種稀有價值,使人們天生對更快更多的信息傳輸速度充滿渴望,也不斷嘗試着用各種奇怪的黑科技手段來實現目標。這些嘗試有的成功了,有些失敗了。而特斯拉的超級電塔,只不過是人類通信歷史里許多插曲的一段。

另一段瘋狂的插曲發生在60年代,為了讓阿波羅登月計畫獲得美國民眾的支持,NASA想出了一個絕妙的主意:通過當時還非常新鮮的電視,向全美國直播宇航員在月球上的行動。

這個主意雖然好,但是有一個很大的問題。NASA專門花了十年時間為阿波羅計畫研發了一套整合度很高的通信系統,但是這套系統一開始沒有給電視轉播留下位置。

權衡之下,NASA決定在現有的通訊容量中硬給電視信號擠出空間。於是阿波羅11號的測距功能被取消了,通信模式也從更適合移動設備的調相模式改成了類似廣播電台的調頻模式。

這項調整極大增加了登月艙着陸時墜毀的風險,但是也留下了700khz左右的通訊帶寬,讓阿波羅計畫的宇航員就可以實時向地球傳送每秒10幀的畫面,讓全世界都可以看着阿姆斯特朗從登月艙門口邁出人類的一大步。

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快進到今天,在地鐵里打開手機就能旁觀千里之外陌生人的視頻直播。互聯網已經無所不能,那些上網加載一張圖片就需要好幾分鍾的日子似乎都已經成了模糊的記憶。但是這不代表着喜歡研究黑科技的發明家們就偃旗息鼓,找不到更快捷的通信方式。

去年美國電子和電氣工程師協會就做了一個測算:在最理想的情況下,一隻鴿子能攜帶大概300張1TB的SD卡,每小時飛行速度可以到70-100公里。這樣算下來,從北京到上海傳輸300TB的數據,用鴿子只需要大半天,而用200m的民用互聯網則需要5個多月,鴿子完勝。

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當然,鴿子雖然迅猛,但也存在很明顯的缺陷。為國際互聯網指定標準的互聯網工程任務組(IETF)在1990年曾經發佈過一個IPoAC標准提案。這個提案全稱是「鳥類為載體的網際協議」,簡單來說就是想要規范通過鴿子傳遞數據包的通信方式。

經過實驗,鴿子的丟包率在55%左右,9隻鴿子有5隻沒有送到目的地。也就是說,雖然鴿子送大數據的效率很高,但是為了確保數據能夠送達,需要多用幾只鴿子,增加不少成本。

用鴿子送SD卡,是現代最高效的信息傳遞方式嗎? 鴿子可能有點誇張,但是亞馬遜和谷歌等雲服務廠商確實有卡車運數據的服務,不然很多業務光靠互聯網得傳上半輩

玩笑話放在一邊,造成這種現象的原因,系統外部的通信速度雖然變快了,但是系統內部的通信速度其實更快。數百Mbps的網速和十幾年前相比已經突破天際,但是其實也就勉強能和傳統機械硬盤的數據傳輸速度相比較。

真正用來處理和生產信息的設備,也需要數據之間的互通。而它們的數據吞吐量已經完全屬於另一個世界,需要應對的也是完全不同的問題。

現代CPU一秒鍾就要處理數百GB的數據。記憶體和CPU之間的物理距離只有幾厘米。但是電信號在這幾厘米間以光速穿梭,就會產生延遲,甚至還會受到外部電氣干擾產生誤差。這些延遲和誤差雖然看起來微弱,但已經足以拖慢處理器的運行速度。為了克服這一點,CPU實際上都是將緩存直接放在芯片上,最大程度縮短信號傳輸的距離,才能保證CPU的運行效率。

用鴿子送SD卡,是現代最高效的信息傳遞方式嗎? 現代CPU的緩存已經和處理器核心蝕刻在一起了,面積甚至比真正的運算單元還要

對於普通人來說,一個更直觀的體會,可能就是機械硬盤在電腦里的用途逐漸變少。在升級老舊電腦的時候,換CPU、增加記憶體,都不如把系統裝在速度更快的固態硬盤上好使。

這並不是因為機械硬盤的速度太慢。恰恰相反,機械硬盤是普通人所能使用到的運行速度最快的精密科技之一。7200轉的機械硬盤,盤片最外圈和磁頭的相對速度高達100km/h,而磁頭就要在這樣的速度下准確找到一條不到1毫米寬的磁道。機械硬盤的運行速度已經達到了物理的極限。

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只不過人們對通信速度的要求太高了,才不得不轉向其它技術形式。固態硬盤沒有活動部件,完全依靠電位來進行數據存儲。在運行的時候更加穩定,也能實現機械硬盤由於物理限制而無法實現的超高速度。

用來生產數據的計算機效率的進化,最終結果就是數據的膨脹。十年前,500GB硬盤感覺能用一輩子,而現在,幾TB的倉庫說用完就用完。十年前,大部分人上網就是發發郵件,看看新聞。而到了今天,專職主播每天要向成千上萬的觀眾推送十幾小時的直播視頻。2014年一項調查估算,整個互聯網的數據總量大約在100萬EB(1EB等於100萬TB)左右。而六年過去,這個數值的末尾可能已經需要再添幾個零。

人類如此高效率的生產和使用信息,導致管理這些數據都成為了一項艱巨的挑戰。由於服務器運行時會散發熱量,現代數據中心每年耗電有40%都是用在空調降溫上。為了節省能量消耗,微軟甚至嘗試把服務器裝在氮氣密封的機房里沉到海底,用海水來給機房降溫。這樣的數據中心理論上靠風能和太陽能就能運轉。既省了電費,也降低了數據中心的廣義碳排放。

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按照目前的趨勢發展下去,到2030年,計算機和通信行業將最多消耗全球能量的五分之一,超過全球所有水電站發電量的總和。如果不採取措施提高能源使用效率,將會對現在的電力系統造成嚴重的負擔。人類被數字信息的海洋淹沒,而數字信息又沉在了現實中的海底,想想有點諷刺,又有點浪漫。

當然,往好的方面去想,正是因為數據的這種膨脹,普通人才能以更低廉的價格擁有更好的數字生活體驗。

拿遊戲來說,二十多年前的《索尼克3D》,程序員想盡了一切辦法,才把一小段高度壓縮過的簡單開場動畫塞進卡帶里,而這已經是當年遊戲機上的極致畫面了。而在數據膨脹的今天,70-100GB容量的遊戲已經非常普遍。無損格式的環繞聲效,幾個小時的高清甚至4K過場動畫,把遊戲的沉浸感推向了新的高度,而玩家們對此習以為常。

而且這樣的體驗還在進一步提升。新一代PS5主機已經全面進化到基於PCIE 4.0傳輸協議的SSD,也實現了更多過去想都不敢想的傳輸技術。幾千萬多邊形的電影超高精度模型可以在遊戲中調用,而兩個光照和素材完全不同的場景之間甚至可以做到無縫切換。

用鴿子送SD卡,是現代最高效的信息傳遞方式嗎? 這樣的場景切換速度,過去只能在CG電影中見

對於PC玩家來說,想要實現這樣的效果還有點難,畢竟主機有着獨家的軟硬件優化,從底層功能去實現最優效果。到了硬件配置千差萬別的PC上,必然會受到各種掣肘。但隨着技術的提升,新時代的固態硬盤性能也越來越滿足用戶苛刻的數據儲存需求。這也許不是數據膨脹時代的終極答案,但至少是邁向未來的堅實一步。

來源:遊研社