ACM通信

的观点

不要把所有的鸡蛋放在一个篮子里

由佛罗伦萨Maraninchi
ACM通信，2022年9月，第65卷第9期，35-37页
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评论

我们政府间气候变化专门委员会(IPCCa)的同事^一个生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台(IPBES)^b)多年来一直在告诉我们情况很严重。去年，IPPC发布了第六份报告，并对气候变化的影响进行了生动的说明。所有学科的研究人员和教师都面临这样一个问题:在职业生涯中你能做什么?如果你在网上搜索“碳中和大学”的出现情况，你会发现一长串世界各地大学的声明，声称它们将在2030年或2040年实现碳中和。我不会在这里讨论碳中和目标是否可行，甚至是否有意义(见戴克^3.)．我认为这一系列的声明是一个征兆，表明学术界希望开始认真对待科学成果，至少在我们的工作组织的影响方面。

在计算机科学领域，一些人已经开始质疑我们这种给会议赋予重要作用的特殊组织，⁸提倡对研究的进行和传播方式进行大规模变革。资助者也有重大影响。²就我而言，我完全停止了乘飞机旅行，这是我能做的最起码的事，在过去的30年里我做了很多。但当我问自己“我应该做什么?”，当我的学生问“我们是解决方案的一部分，还是问题的一部分?”时，我也会审视我的研究和教学主题，我感到有必要质疑这些主题对整个数字世界的发展和影响的贡献。人们倾向于只看积极的影响。公共话语倾向于将“数字转型”作为必要的、毫无疑问的“生态转型”解决方案。我们的研究界有责任考虑几个假设，其中一个假设认为数字世界是问题的一部分。

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三个未来的故事

让我给你们讲一个小故事，让我们的想象力逃离科技话语中充满孕意的决定论，至少在几分钟内。2005年，我有一个非常简单的手机，可以让我(几乎)在任何地方打电话和接电话，而且需要每周充电一次。城市和农村地区仍设有电话亭。我现在是至少10亿人中的一员，他们的口袋里都装着一台永远在线的便携式电脑，如果我们真的要使用它的所有功能，我们需要每天给它充电两次。电话亭完全消失了。世界各地的咖啡馆都在宣传可获得的电源插头和免费Wi-Fi，以吸引一群渴望连接的顾客。你可以在机场候机的时候在静态自行车上练习给手机充电，你也可以在背包里装一块太阳能电池板，进行两天的徒步旅行。GPS和地图是一个例子，在智能手机之前，专门的设备就已经有了这些功能，由于这种类型的平台的多功能性，这些功能已经迁移到智能手机上。由于24/7的连接，全新的功能出现了——例如，像Uber这样的平台。

2005年到2021年间发生了什么?毫无疑问，在几个关键点上已经取得了巨大的进步:电池的技术已经改进;硬件架构和操作系统已经丰富了复杂的机制，以优化能源消耗;记忆能力增加了;安装了新的水下电缆和光纤，部署了4G和5G;以及其他显著的改进。但是，不断增长的基础设施和大量与之相连的短寿命设备对整体环境的影响，或者对其他部门的间接影响呢?

让我们想象一下，我们回到2005年，做着计算机科学家的工作，优化硬件和软件。我们设想的未来是什么样的?未来1，由于电池、软件和硬件的改进，我们的简单手机功能不变，每个月只需要充电一次?或者是保留一周充电周期的Future 2，并在这些改进中尽可能多地添加新功能?我们能想象出未来3吗，也就是我们现在所拥有的?数字世界各方面的巨大进步都伴随着巨大的反弹效应，⁷有直接的也有间接的。事实上，期货1号和期货2号的出现是非常不可能的，因为如果没有预期的市场增长，也就是对反弹效应的押注，就没有经济激励来实现如此大规模的改进，这使得2005年至2021年之间所遵循的路径变得相当滑坡。这一现象不能仅用技术的论据来解释。当我们现在致力于数字系统的优化时，我们是否已经不像15年前那样，相信我们正在为未来1或2而工作，但却允许未来3取而代之?

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我们是否应该避免一个新的未来?如果是，该如何避免?

评估数字世界对环境的总体影响是一项复杂的任务。根据综合研究，⁴数字世界的温室气体排放量占总排放量的1.8%到3.9%，并且有可能增加。可以说，通过相应削减其他非数字部门的排放来补偿这些影响，将需要如此深刻而迅速的变革，以至于可能不可行。

这个故事的寓意是:如果在计算史上有一个单一的例子，一个特定的优化没有伴随大量直接或间接的反弹效应，那么我们应该广泛地研究它，从不同的角度:技术、经济、社会学等等，以尝试和复制它。如果没有这样的例子，那么我们应该停止相信优化总是有助于减少对环境的影响。

当我们开始思考如何避免反弹效应并将数字世界的影响控制在一定范围内时，至少有两种观点是常见的:一是个人道德和自我限制，二是集体设计的法规。两者都意味着选择和优先级。

我个人认为，在气候变化带来的巨大后果面前，8K视频、联网冰箱、依赖云计算的家庭自动化、无收银员零售商店、自动驾驶汽车、智能鞋、元宇宙、Web3和nft往好了说是无助和错误的创新，往坏了说，也最有可能是有害的。其他技术，如高科技医药，也许有用，但只涉及少数幸福的人。

无论我们的个人观点如何，作为计算机科学家，我们可以开始探索极限的概念，即使我们不同意与选择这些极限相关的道德判断。我们甚至可以探索极限的概念，而不相信极限本身就应该存在，因为这是未完成科学的一个迷人领域。⁵如何保持在限度内，已经成为一个很少被解决的科学技术问题。

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CS研究的新方向:一等公民的极限

除了绿色信息技术(处理数字系统的优化)和绿色信息技术(IT用于减少一些非数字部门的影响)之外，避免未来3的滑坡需要我们还研究一个全新的主题:受建筑限制的IT。最近创建的系列会议限制^c或者崩溃信息学的概念，⁶倡导一个数字世界，以应对地球的极限，或可能在崩溃的情况下幸存下来。

当涉及到设计和开发计算机系统时，从限制的角度思考需要范式的转变。我们可以从强调我们日常生活中大多数数字系统所基于的隐性反限制开始。反限制既是一种承诺，也是一种有意的假设，即资源将按需要增长。例如，对于数字系统，存在明显的反限制:

• 需要越来越多的全球资源(无限数量的加密货币依赖于工作量证明、空间或带宽，…);
• 承诺立即提供服务，无论客户机数量和使用情况(大多数云服务)如何;
• 承诺无限的存储空间和时间(Gmail);
• 假设一些硬件、软件和供应商云永远可用(一些家庭自动化设备);
• 设计用于允许无限的功能扩展;
• 押注于更高效的机器的可用性，很快;而且
• 需要更多的用户或增加每个用户的使用量来盈利

这些例子中的大多数显然都根植于经济选择，但不受限制的思考已经与技术解决方案的原则紧密相连，以至于在某些情况下，如果环境、(地理)政治或社会限制对数字世界的发展施加限制，就很难继续提供解决方案。

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我们的学科可能需要一种激进的方法，用基于明确的硬件和软件限制的规范从头重新设计数字世界。

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那么我们能做什么呢?在我30年的职业生涯中，我大部分时间都在关键的嵌入式实时系统上工作，我习惯于在部署之前确定最坏情况下的执行时间和程序所需的内存量的语言和工具:限制是规范的一部分，也是对实现的一个非常严格的约束。其他灵感来源包括双子座、^d这被设计为在未来难以扩展，而在任何软件工程课程中，“可扩展性”都是一个可取的属性。根据维基百科，它是“一种软件工程和系统设计原则，为未来的发展提供了条件。”有意地设计不可扩展的系统是记住限制的一种方法。为断断续续的资源或用户配额设计是另一种方法:一个太阳能网站，这意味着它有时会离线，在Abbing中呈现。¹正如崩溃信息学所指出的那样，最终的限制是:如果我们停止生产新硬件会怎样?

我们的学科可能需要一种激进的方法，用基于明确的硬件和软件限制的规范从头重新设计数字世界。如果没有假设某种资源会按需要增长的前提下，某件事是不可行的，那么它就应该被认为是不可行的。

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让我们从优化篮子里拿出一些鸡蛋

即使我们不都相信优化不能战胜反弹效应，因此我们应该施加限制，即使我们不同意限制应该在哪里，不要把所有的鸡蛋放在一个篮子里是一个好主意。我们应该投入一些研究来选择和保存一个最小的、健壮的、受结构限制的数字世界，我们应该教授它。如果我们不能指望硬件和基础设施的无限增长，那么问哪些计算机系统还可以设计和维护，就会导致非常具有智力挑战性的研究课题。此外，我们有责任为有关技术选择的合法问题提供必要的科学背景，这些问题在民主的背景下应该是可能的。

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