第一章：从原子到电子：计算的能源史与未来

From Atoms to Electrons: An Energy History and Future of Computing¶

安妮·帕塞克（Anne Pasek）¶

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在数字媒介理论中，很少有哪句话像尼古拉斯·尼葛洛庞帝（Nicholas Negroponte）（1995）那句名言一样招致如此多的纠正：他说，迈向一个更加数字化的社会，本质上是一场从原子到比特的转变。据称，数字化的商品与通信将以指数级的速度消解运输与交换所受的传统物质限制，不仅催生一场信息革命，而且催生文化、主体性与政治经济领域的革命。信息将无处不在，即时抵达，且几乎不占空间——“数字星球的外观与手感将如同一枚针头”（6）。¶

事实证明，这一设想在大致轮廓上具有惊人的预见性，而在分析那些使一切看似消散于数字以太之中的物质基础设施时，又同样目光短浅。过去几十年的生活经验是：报纸、实体零售和笨重的台式机逐渐退场，与此同时，新闻周期、全球互联与处理能力都在加速。对全球北方（Global North）的用户而言，去物质化（dematerialization）是切实可感的。然而，尼葛洛庞帝在原子问题上根本就错了；吊诡的是，为了把比特送达日益微小的数字设备，我们依赖于数量庞大且不断扩张的远方资源与劳动者。¶

在我所在的环境媒介研究（environmental media studies）这一分支领域，这已是一个被反复申说的论点。我们花费大量笔墨书写那些矗立在数字文化惊人崛起背后的矿山、有毒尾矿、电子垃圾与碳排放。我们一再重复的叠句是：数字并非非物质的，云是一座工厂；研究数字设备与数字经济，需要对生产数字系统的错综复杂的供应链及其可观的环境外部性展开空间分析与劳动分析（Ensmenger and Slayton 2017; Parikka 2015; Maxwell and Miller 2012）。¶

然而，所有叠句——即便是好的叠句——久而久之都会令人厌倦。我有时会思索，数字媒介研究这种着重强调的“再物质化”（rematerialization）在概念上的局限究竟何在。这样做时，我并不想否认此类纠正在历史上乃至今天的必要性；数字去物质化的观念忽视了这一产业在健康、环境与气候方面留下的、按种族而分化的遗产，并干扰了那些本可更好地缓解这些危害的公共政策（Park and Pellow 2004; Hogan 2015）。反复申说这一点显然仍有必要。但我担心，它看似自足，反而可能将这一研究路线框死。在最好的情况下，转向原子能使我们的分析立足于劳动斗争与环境斗争的利害与伦理，以物质为定向装置，绕开那些过于抽象或以用户为中心的数字叙述。在最坏的情况下，这种倾向可能把研究者框定为转手分发其他领域经验发现的集散中心——贩运的更多是事实，而非分析。因此，在这些唯物主义的纠正之外，我发觉自己渴望更新颖的概念。¶

作为一项实验，我回到了尼葛洛庞帝的公式，颇为执拗地尝试去阅读它——即便不是宽厚地读，至少也是换一种方式读。他确实命名并描述了社会生活中一场真实的转变，尽管他也促成了一种关于其环境影响的不准确的大众想象。因此，一部关于计算之兴起与未来的更为细致的历史，或许应当努力将其激进的现象学断裂与工业危害的平庸重复同时把握在手。我们可以追问：在我们能够于数字生产与较早的工业形态之间勾勒出的种种连续性之外，又能在何处标出有用的、清晰的断裂？如果原子与比特并不是描述这一转变的恰当对照，那么什么才是数字化更好的提喻（synecdoche）？¶

一个颇有前景的方向在于计算的物质文化之中。聚焦数字系统的技术设计与生活经验，有助于说明物质与数据在大众隐喻和实物之中是如何被一并把握、又一并遮蔽的（Chun 2006; Kittler 1999）。正如科学史学者所论，我们建构的关于世界的模型，是透过我们手头可用来思考的对象所具有的物质特异性而生成的（Pickering 1995, 16）；这些对象又反过来在其身后为我们留下特定的“可能的技术文化举措”（possible technocultural moves）（Galison 2000, 389）。吊诡的是，更贴近数字运作的物质基础，或许反而有助于我们更好地把握并批判数字媒介表面上的去物质化。¶

于是，我的策略是：如果我们把数字媒介的历史重新审视为一场从原子到电子的局部转变，会发生什么？^[1] 本章从多个方向展开这一想法。我认为，能源分析框架既更准确地对应计算机芯片的物理运作，也更准确地把握了数字媒介更广泛意义上的特殊性；电路正是数字的奠基性设计与预期得以形成并被塑造的对象。此外，转向以电作为计算的媒介，对于这一产业在自动化与摩尔定律（Moore's law）的独特属性（在相当程度上它仍是一个能耗问题）引导下的惊人增长也至关重要。我将说明，这种能源取向如何在整个科技行业中反复出现——微电子的形式特征如何引导了数据中心在宏观层面的扩建，以及引导了当今地球上一些最大公司的气候轨迹。¶

以下是一部必然简短而匆促的美国计算史，以电为视角来讲述。在方法上，它将基特勒式的（Kittlerian）对工程与设计之物质性的强调，与一种政治经济学进路结合起来，后者关注这些设计考量对资本运动的影响。在这两种分析取向之间，能源效率同时作为一种资源和一种策略浮现出来：它是一种技术文化举措，在过去与现在的数字局势之上投下了长长的阴影。起初，这些效率关乎工业时间与劳动：被女性化的技术工人的存量与流量，她们的工资，以及她们的工作流程。以电取代双手、齿轮与纸张的方案，在速度与经济性上取得了更大的成就，以更少的原子做更多的事，从而将这些工人自动化地挤出了工作岗位。然而，在计算工作被数字化和电气化之后，电本身成了一种新的资源（以及新的资源问题）。更高效的电子流使这一产业得以指数级增长，代价却是总能源需求的急剧膨胀。¶

这种“经由效率实现的局部去物质化”为信息与通信技术（information and communications technology, ICT）行业制造了两个紧迫的问题。第一，随着驱动计算工作的能源越来越多地由产业自身以大型数据中心的形式提供，而非由消费者的家庭与企业提供，输送越来越多电子的后勤挑战日益凸显。第二，随着该行业的气候影响受到更严格的审视，也随着其整体电力需求未来是增是减日益成为争论与不确定性的对象，ICT 的企业预算与碳预算越来越多地提出效率或许无法解决的问题。换言之，效率推迟了、却并未解决这一产业在其襁褓期便已面对的存量与流量问题。¶

通过将我们的分析立足于电子，环境媒介研究能够更好地质询数字物质性（materiality）的意义与范围。在对原子作纠正性和展示性的诉求之外，我们或许能够更好地解释：数据、电力与劳动是如何被共同接合（articulated）起来的；这种接合在企业层面和行业层面使哪些问题与解决方案变得可以辨识；以及需要从下而上提出哪些另类的框架与方向。¶

比特的早期能源史（An Early Energy History of the Bit）

让我们先从质询术语开始：数字运作未必是电的。数字系统不过是任何基于离散二值的信号系统。0 与 1 可以编码于织布机的经纬之中（Plant 1997, 305）、台球之中（Fredkin and Toffoli 1982）、黏菌之中（Adamatzky and Schubert 2014），或者一个多到简直难以置信的螃蟹群之中（Gunji, Nishiyama, and Adamatsky 2011）。^[2]¶

直到二十世纪中叶，电才对计算变得举足轻重。在此之前，计算机器由形形色色的物理基质构成，包括齿轮、胶片与卡片。这些运作有时是数字的，有时是模拟的；对当时的从业者而言，这一区分并不像今天这样重要（Kline 2019, 20）。电是这类系统的一种输入，而非其本质组成部分；机械化的鼓轮、传送带与齿轮，像任何其他制造流程一样，由外部能源驱动。因此，计算速率受制于这些相互咬合部件的运动与维护。一支日益女性化的后备劳动力——既包括计算劳动也包括文书劳动——时而作为这类设备的替代，时而作为其补充；直至二十世纪三四十年代，她们在速度与精度上大体与机器相当（Light 1999, 460）。无论就哪方面而言，无论是靠手臂与双手，还是靠机械传送带与齿轮，计算都以一种可感知的节奏进行，因为它极其依赖于人类尺度的操作（尤其当“计算机”在字面意义上就是女性的时候）。¶

然而，电子许诺了一种更快、也可能更精简的生产模式。早在 1890 年，赫尔曼·何乐礼（Herman Hollerith）的制表机便借助导电金属线读取穿孔卡片中的数据，迅速完成了美国人口普查。它不仅提前交付结果，而且低于预算，由此既催生了商用信息处理机器的问世，也导致人口普查局数以千计的数据录入岗位消失。然而，这项技术主要是记录性的（inscriptive），它能计数，却不能操纵数据。那种后来将构成数字计算之基础的计算工作，首先需要算法代码与符号逻辑的形式化。在此过程中，电将从计算的一种输入转变为计算的一种媒介。¶

克劳德·香农（Claude Shannon）（[1937] 1940）那篇著名的硕士论文是这一飞跃的一部分；因而，他所处的物质环境亦然。作为麻省理工学院微分分析机的研究助理，以及贝尔实验室（Bell Labs）的暑期学生，香农置身于数量极其庞大的机电继电器开关（switch）之中（Guizzo 2003, 11）。这些开关用于控制互联电路之间的连接、微分分析机模拟输出的运作，以及电话系统中呼叫与电力的路由。然而，开关系统的设计与可读性往往因人而异、文档匮乏，这给新手带来困难，并可能更根本地影响系统的运行效率。香农的论文一开篇便把读者置于这样一团乱麻般的电线之中：倘若面对一大堆继电器，你将如何着手判定哪个电路做什么、彼此之间又有怎样的相互依赖？当时最现成的方法要么是费力地测试继电器开合的所有可能组合，要么是（或许同样艰巨地）从系统的实际功能倒推，清点并绘出解决设计问题所需的最低限度电路要求（这些要求未必能呈现实际存在的电线与继电器的骨架）（Shannon [1937] 1940）。¶

香农的替代方案是诉诸更深一层的抽象，从物质工程移向符号逻辑，再折返回来。他论证说，通过把电路表示为数学方程，系统功能可以得到更好的描绘，低效之处也能被识别出来。鉴于一个设计良好的电路只会有两种基本状态（开或关——部分通电的电路是一种隐患），由 0 与 1 或真/假陈述构成的二进制系统便可以方便地应用于电气系统，继而映射到布尔运算的符号逻辑之上（图 1.1）。于是，电路继电器分析可以成为一种代数，反之亦然。此外，一旦物质化为经过数学描绘的电线与继电器，“任何能够以所需精度被完整描述的运算……都可以自动完成”（Shannon [1937] 1940, 51）。与人类计算员不同，电气数学几乎可以即时完成。¶

或许我们没有足够久地停留于这样一个事实：数字编程是从电气工程的物质文化中发展而来的。数字媒介研究通常略去对电路的理解，转而把底层的数学逻辑或数据的可塑性当作其所研究之系统的决定性特征。然而，电路处于此类系统如何被建造与执行的物质核心；电是今天几乎所有计算工作的媒介。所以，让我们暂且相当“物质”一回，以评估数字系统的历史轨迹及由此继承下来的概念模型。¶

为此，补一点电子学基础知识或许有所助益。每当一条不间断的导电材料通路（最常见的是导线）与某一能源的正负两端相连时，就形成了一个电路。这使得电子在导体（通常是导线中的金属）的原子之间快速循环。当加入一个或多个有源元件以有选择地中断或调制这股流动时，这个电路就成了“电子的”电路。这类元件中最基本的是开关：一种接通和断开导体通路、从而切断或接续电子流的手段。¶

图 1.1　基本电路图及其变换，用以显示加法与乘法功能。引自 Shannon（[1937] 1940, 5）。

“流”（flow）如今已是关于全球化、网络社会乃至更广义数字文化的种种论断中广泛使用的概念。一个更具电子学意味的定义可以为这一概念增添一些有用的具体性。电是电子的流动：电子是一种亚原子粒子，通常被想象为在某种轨道上环绕着重得多的原子核运行，原子核施加一种正电力，与电子的负电荷相平衡。作为原子最外层的部分，电子能够从一个原子的最外层轨道跃迁至下一个原子。某些材料，如铜或半导体中经过处理的硅，由电子轨道特别易于接受此类跃迁的原子构成。这种运动在电子刚刚离开的原子中腾出了空位，由于电荷的变化，该原子会吸引邻近原子中的电子来填补空缺。这便形成了一股传播的流，由导电媒介两端的电荷差异所发起并维持。^[3]¶

电流之所以是一种非常有用的计算媒介，是因为它极其迅速：在一个使用铜线的电路中，电子以每秒三亿米的速率流经原子。之所以可能如此，是因为原子的其余部分体积与质量都大得多，相对保持惰性；移动的只是最外层的电子。摩擦与阻力依然存在（主要以热能的形式），但其程度远小于整个原子移动时的情形。这绝非一个非物质的过程，但它以截然不同的方式划分与安排物质。¶

其优势似乎显而易见：通过把计算的媒介从原子转移到电子，计算工作可以以快得多的速度、以程序化的精度完成。因此，一部辉格式的计算史会想当然地认为，香农的论文立即且理所当然地被应用于工业实践。然而现实要模糊得多。在香农所处环境中的电话一侧，这一方案从未真正契合呼叫路由的问题，因为布尔逻辑不能轻易模拟时间序列。因此，这一行业的工程师们对香农的思想相当冷淡（Bullynck 2019, 92）。也许，对那些最初亲手连接这些电线的工人而言，弄清一团乱麻般电线的必要性并不那么明显。¶

然而，对管理层来说，自动化原则要诱人得多。作为泰勒主义通过效率工程从工人身上榨取更多劳动这一驱力的延伸，也作为对电话行业女性化的接线员劳动力日益增多的工伤赔偿诉求的回应，电的作用许诺了一种有用的、不同类型的工作。如果电子能够承担这些女性的至少一部分劳动，它们或许就能防止代价高昂的工伤，减缓招聘需求，从而改善公司的利润底线（Mills 2021）。换言之，电流可以减少资本存量，至少在劳动力方面是如此。¶

至于计算机，这种加快计算生产、缩减其劳动力的需求，直到第二次世界大战及其对复杂弹道学与核科学的加速推动之下才变得迫切。原子必须被分裂，既在于制造新的、毁灭性的军备，也在于由此所需的计算劳动过程。世界上第一台电子可编程计算机——电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator and Computer, ENIAC）——由美国陆军资助，其前提是它将减轻这项工作在劳动与时间上的限制。在一份推介该项目的备忘录中，其可观的成本是以速度与经济性为理由加以论证的。备忘录指出，尽管建造、运行和维护该设备需要更多熟练工程师，但“就电子计算机而言，产出同等数量成品工作所需的人员应当明显更少”（Mauchly 1982, 356）。¶

那么，在这一早期时刻，电气效率主要是一种克服劳动之物质需求的手段，无论是在工资上，还是在技术工作的身体节奏与成本上。自动化电子设备是一种新型的资本存量：它将产出越来越快的信息工作之流。电路之所以成为比特，是因为它所带来的效率收益。¶

然而，所提供的效率始终只是局部的，它解决了某些生产压力，又在其身后制造出新的压力。毕竟，电只有在满足并维持某些条件时才能作为计算的有效媒介——首要的一点是，电流必须保持稳定供应。这适用于所有硬连线电子设备的基本可运行性：它们需要外部产生的电力才能工作，因此停电通常也就是计算机停摆。但这同样适用于所供电力的质量：电压必须始终维持在非常狭窄的范围之内。电压描述的是电路中两个端子之间的电荷差；其作用类似于水管中的水压。系统中的电压越高，能做的功就越多，但供给过剩可能使电路材料的物理完整性承受压力。在数字继电器中，哪怕电压瞬间下降，电路也可能无法按设计开合，从而在数据的顺序处理中引发连锁问题。另一方面，电压浪涌则可能彻底毁坏元件。¶

从机械计算向电气计算转变的许多困难，都源于对付这些电势不足或过剩的问题。例如，由于战时生产限制，ENIAC 采用的是从无线电行业改装而来的现成真空管（vacuum tube）。然而，工程师们很快发现，鉴于整个系统容易出现浪涌，他们必须让这些电路在显著低于制造商参数的电压下运行，以减少日常运行中熔断的保险丝和灯丝数量（Randall 2006）。这需要通过大量变压器和电阻器来调制电流，以满足整台计算机所用的七十八种不同电压。从这个意义上说，ENIAC 是一台极其低效的机器：机器中用于做功的能量远小于其总耗电量。¶

其次，电只有在电子的有序流动不被环境中的噪声扰乱时，才能作为计算的媒介发挥作用。这类问题本身并非电处理信号所独有，但电的性质带来了特定且反复出现的问题，因为除了电源流动中断的危险之外，电本身还是一种弥散于环境之中的可变因素。任何组装过个人电脑的人都知道，静电需要小心地与数字元件隔离，以免意外造成电路短路。因此，数字系统必须与更广泛的环境相隔绝，其尺度既包括单台机器的机箱与接地线，也包括数据中心及其所容纳的数以百穰计（nonillions）的晶体管（transistor）在地理与社会上的隔离（Starosielski 2015, 19; Johnson 2019）。此外，电压还必须维持在高于日常运行严格所需的水平，因为宇宙射线会周期性地干扰低功率电子设备，翻转电路的状态，使信号链退化（Blanchette 2011, 1047）。热也是一个必须被排除在系统之外的变量，无论它源自电路自身的电阻，还是源自当地的气候。^[4] 在所有尺度上，电气系统都需要冗余建设（overbuilding）。¶

鉴于这些因素，计算似乎注定是一门极其耗电的生意。事实上，ENIAC 是一台工业规模的机器，需要配备专门的空调系统以防止其元件熔化。它运行时消耗 150 至 175 千瓦的电力（相当于今天 120 多户美国家庭的耗电量）。这一规模如此惊人，以至于催生了一则传闻：每当这台机器开机，费城各处的灯光便会随着电网竭力承担负荷而瞬间变暗（Randall 2006）。事实上，这台计算机建有专属的直流电源线路，经由一台发电机供电，以保护其电路免受市政电网波动的影响（War Department 1946）。电网电力驱动一台电动机，电动机再为机器供电，这样电动机中的机械惯性便能平抑来自电源线的波动。此外，整套装置很少关机，因为设备真空管在预热与冷却过程中承受的热应力和物质应力会导致部件故障。因此，ENIAC 是一个昂贵且能源密集的系统——在速度上高效，在其他方面却几乎毫无效率可言。由此，计算的未来看上去将局限于有能力进行巨额资本投资的大型机构——那些拥有充足预算、空间、电力与工程师的机构。¶

指数级的效率，指数级的增长（Exponential Efficiencies, Exponential Growth）

然而，对效率的追求很快便转向了内部。在这方面，一个关键转折是：从借用其他行业的电路，转向设计专为计算而设计、印制于硅晶圆之上的集成电路与晶体管。这一转变同样是由军事需求推动的：这一次是需要小到足以装入冷战时期日益庞大的导弹库存的芯片与传感器。民用研究者与企业对 ENIAC 尺寸的机器多少已经心满意足；小型化的吸引力并非不言自明（Noyce 1977, 64）。尽管如此，以更少原子产出更多计算能力的号召，确实产生了一个意料之外的后果：通过摩尔定律的“发现”及其非同寻常的电–物质逻辑（electromaterial logics），彻底变革了整个产业。¶

摩尔定律并不是一条物理定律，而是对产业趋势与硅的特定物质属性的一种观察。它由戈登·摩尔（Gordon Moore）于 1965 年提出，认为产业能够制造的、在经济上最可行的集成电路上的元件数量将每年翻一番，从而使每块芯片的处理能力与成本节约呈指数级增长。因此，计算机能够以更少做更多，于是会同等程度地变得更便宜、更强大。1975 年，这一预测被修订为每两年翻一番。它在令人瞩目的数十年间一直成立。¶

从根本上说，摩尔定律描述的是小型化与规模经济的双赢。与机械电路不同，硅中的电流不是靠布线，而是通过光敏处理被刻蚀进一尘不染的晶圆之中。因此，同样面积的硅可以产出或多或少的元件，取决于光刻工艺的尺度；芯片与其说需要机械组装，不如说需要以光投射而成——这是对原子的严格领域的又一次偏离。重要的是，这为密度的指数级增长提供了一条清晰可循的路径。这些制造上的进步使每一代芯片都便宜得多（同样的材料可以切割出更多芯片，而每单位面积加工硅的成本保持不变；Mack 2011, 204），推动数字计算在日益宽广的价格区间与尺寸范围内得到更广泛的应用。由于这一趋势，今天大规模生产的计算机芯片往往由宽度不足十五纳米、总共不足五十个原子构成的晶体管组成。这是一项真正了不起的成就——它似乎几乎能够让尼葛洛庞帝的隐喻成为现实。¶

然而，摩尔定律在一个远较少被讨论的程度上，也是一个电气效率问题。晶体管越来越小，意味着电子需要穿越的距离越来越有限，因此这类系统整体运行所需的电压也越来越低。这又催生了另一条描述性的“定律”，即库米定律（Koomey's law），它认为以峰值性能运行的数字设备的能源效率将每一年半翻一番，其指数增长的速率甚至超过了晶体管密度。换言之，每千瓦时计算次数的曲线图是一条稳定上升的线。这种累积进步的规模令人难以想象：1940 年至 2000 年间，平均峰值性能的能源效率提高了一百亿倍以上（Naffzinger and Koomey 2016）。¶

这些收益是小型化经济激励的副产品，但它对计算的商业经验与个人经验而言日益具有核心重要性。小型化带来的电气效率，显著支撑了作为摩尔定律较显而易见之结果的成本节约与处理能力提升——能源需求的相应缩减，使数字系统的指数级增长在实践层面成为可能。于是，曾经占满整个房间的企业级机器得以转变为台式机、笔记本电脑，继而是电池供电的移动设备，实现了一种有保留的去物质化。在人们亲身经历计算的现象学世界中，数字产品不断缩小，同时仍提供相同乃至更强的处理能力——原子更少了，至少在用户这一端确实如此。¶

由此，摩尔定律与库米定律建立起一个将指数增长预期写入其根基的产业。依靠创新性效率实现快速而稳定的增长，起初是一种社会经济趋势，后来成为预测，最终成为一个关于整个世界的假定事实，制约着通常在数字的半影之中被感知到的种种技术文化举措。在 ICT 内部，情况正是如此：晶体管制造商所制定的路线图，反过来设定了整个行业各方协调硬件与软件产品周期的节奏（Mody 2017）。然而，摩尔定律与库米定律同样深深嵌入 ICT 所触及的产业与人群（也就是说，几乎所有人）的文化与经济预期之中。不断改善的成本与处理能力，既造就了一支技术劳动的后备军，也造就了随之而来的对技术本身的大众神秘化（Lison 2020）。这种增长也直接体现在经济上：除沙特阿美（Aramco）之外，全球五大公司分别是苹果、Alphabet、微软、亚马逊和脸书。¶

那么，这些奠基性的定律正在走向终结，这又意味着什么？¶

硅晶圆上的增长极限（The Limits to Growth on a Silicon Wafer）

在今天的产业参与者之间，指数增长已不再是一种技术上的确定性或社会承诺——摩尔定律正在终结，并在身后留下一场日益加剧的危机。毕竟，永无止境的小型化不可能无限持续；2010 年，随着晶体管尺寸逐渐逼近其物质极限的边缘，芯片密度的翻倍开始放缓。当半导体中绝缘区域与导电区域之间的原子过少时，量子纠缠便开始使原本直截了当的电路电气工程复杂化，在数字信号中制造出新的、不断增生的噪声来源。此外，这一趋势的社会经济装置也承受着压力：尽管每单位面积硅的价格保持不变，晶体管制造的总体投资成本却急剧飙升（Mack 2011, 206）。结果，电路密度的增长正在减弱。能源效率也是如此：库米定律的翻倍周期已放缓至 2.7 年。¶

因此，这一产业在技术能力与财务利润两方面令人瞩目的增长率走向终结，是一种很可能出现的未来，也是当下相当大焦虑的来源。数亿美元的风险投资与难以计数的产业研发资金，已被投入实验性的量子计算研究，希望最后一刻转向一套根本不同的物理学与编码逻辑，能够克服电路的物质局限（Gibney 2019）。然而，鉴于这些系统目前所需的极端热环境（进而是能源成本），它们能否在绝大多数情境中取代硅半导体中的电子，成为计算的媒介，还远未可知。¶

在缺乏材料革命的情况下，社会所预期的技术增长速度可以通过冗余建设与计算工作的离岸外包而得以维持——至少维持一段时间。事实上，看待近几十年云计算之兴起的一种方式，就是把它视为对摩尔定律终结的一种回应。将更多的计算存储与处理工作转移到云端，使这一行业能够继续减少新设备外壳之内的原子与电子，同时仍提供不断扩展的功能。在此过程中，计算的大量原子与电子被挪到了幕后，而非被避免，从而在这些预期步入危机时代之际，依然维系着大众对小型化与效率的信念。正如二十世纪末制造业的离岸外包在全球北方同时催生了看似非物质的数字/服务经济的兴起，计算机本身也依赖于与遥远他处的隐秘关系而得以维系。¶

但向云计算的转变从根本上改变了这一行业的经济状况。数字系统的电力成本越来越多地落入科技公司的账簿，而非分散于其客户的家庭与企业之中。这带来了重大的运营影响；超大规模（hyperscale）服务器机架的耗电量，使 ENIAC 的发电机显得古朴可爱。今天，单个数据中心每小时通常可能消耗数千千瓦的电力，每时每刻、日复一日，导致每个站点每年的能源成本大约在 50 万至 100 万美元之间（Shi et al. 2018）。这些开支很快便超过了建造数据中心本身的成本。此外，由于进出数据中心的流量不断上升，网络基础设施也不得不扩大其设备规模与耗电量。如今，仅能源成本就可能占运营支出的 40% 至 50%（Lorincz, Capone, and Wu 2019）。流量如今比存量更昂贵。¶

因此，ICT 行业整体不得不以一种新的方式思考能源。其重要性在几乎所有拥有超大规模数据中心业务的科技公司的组织架构图中都显而易见。亚马逊、微软、谷歌、苹果和脸书都设立了高级职位，以指导能源采购并降低云计算的财务成本。这些因素也在很大程度上左右着新基础设施的选址：一方面，为降低冷却需求（进而降低运营的能源成本），在北方气候地区出现了大规模扩建；另一方面，在煤电与放松管制造就了廉价能源市场的州，数据中心也大量涌现（Cook and Jardim 2019）。如果正如微软能源总经理所言，“电力才真正是云的原材料”（Lacey and Kann 2018），那么云便代表着向某种制造业逻辑的转向，而这种逻辑在这一行业中基本上是缺席的——该行业在其他方面依赖一张由第三方承包商编织的密网来完成实物商品的采购与组装工作。那些曾被外包出去的工作，在一定程度上又回到了本土。¶

这一转变在全球能源与气候趋势中越来越清晰可见。数据中心目前每年消耗两千多亿千瓦时（two hundred terawatt-hours）的电力——约占全球能源总需求的 1%。网络运营的情况与此相仿，大约需要同等份额的额外能源（International Energy Agency 2020），且其增长与摩尔定律同步（Malmodin and Lundén 2018, 24）。因此，ICT 行业整体约占全球每年温室气体排放量的 2.7%，与航空业或德国一国相当（Lorincz, Capone, and Wu 2019）。¶

在气候变化不断恶化的背景下，这已是当下令人担忧的缘由。然而，ICT 能源使用的利害关系在审视其未来轨迹时才最为尖锐。在这方面，指数趋势如今反而不利于这一产业的公众形象。根据 2010 年代数据中心扩建的增长趋势推算，一些学者估计，如果增长率得以维持，在未来十年内，该行业可能膨胀至占全球能源使用的 8%（Ferreboeuf 2019, 17），甚至高达 51%（Andrae and Edler 2015），在能源获取与碳排放两方面同时酿成灾难。此类数字经常出现在关于未来五到十年预期中数据增长“海啸”的新闻报道之中（Vidal 2017）；据预计，联网设备的数量将在 2019 年至 2025 年间翻一番（International Energy Agency 2017）。¶

然而，产业领袖与研究者们并没有那么惊慌——他们认为，能源效率将再次力挽狂澜。数项研究利用较新的数据表明，尽管数据中心与网络流量有了可观的增长，与这些活动相关的排放流与能源流在过去十年间几乎完全持平（Malmodin and Lundén 2018; Masanet et al. 2020）。虽然在数据中心产业最初扩建时，计算能力的重新配置确实造成了排放与耗电量的大幅跃升，但向更高效的数据中心冷却系统以及更善于管理空闲功耗的服务器设计的迅速转变，使这一产业的物质增长与经济增长没有造成相应程度的气候影响与运营开支（Shehabi et al. 2018）。库米自觉得到了证实：他的定律仍然成立（尽管只有在把衡量指标从峰值使用效率调整为考虑“典型使用”时才成立）。于是，摩尔定律的精神在能源节约的新前沿中延续下来，至少在近期内如此：“尽管基础物理学正在与我们作对，我们似乎还能获得一段喘息期”（Koomey and Naffziger 2015）。研究者们甚至将这种效率称为一种可以被利用来“吸收下一次翻倍”网络数据的“资源”（Masanet et al. 2020, 985）。指数级的效率增益再一次支撑了计算的指数级增长。¶

这一事实使 ICT 有别于其他产业；它在相当程度上已将其经济增长速度与其最明显的环境影响形式脱钩。因此，它是绿色增长的一个罕见例子——或者至少是支持此种事物之可能性的证据。在气候变化急剧加速的背景下，这是一个在话语上颇具价值的信号：它暗示气候与资本主义或许并非根本对立，转向更加数字化的经济基础或许正是穿越未来几十年环境挑战的道路。在某些思想流派看来，除了尽可能地将经济电气化以加速摆脱化石燃料（fossil fuels）的转型之外，我们或许还需要把一切都“物联网化”（Internet of Things, IoT），利用网络与人工智能（artificial intelligence, AI），在即将到来的资源紧缩背景下，确保能源、商品与资本最高效的分配。因此，欧盟（European Union, EU）的《绿色新政》（Green Deal）将数字技术列为其可持续发展目标的“关键推动因素”，兼具监测与优化之用（European Commission 2019, 10）。同样，全球电子可持续发展倡议组织（Global e-Sustainability Initiative，一个与《联合国气候变化框架公约》及世界可持续发展工商理事会合作的产业联盟）主张，ICT 行业的效率增益为全球产业整体的经济脱钩提供了一条路径。它基于未公开的数据断言，到 2030 年，ICT 可使全球跨行业温室气体排放减少 20%，从而从根本上避免“经济繁荣与环境保护之间的取舍”（Accenture Strategy 2015, 8）。更有甚者，据估计，这些未来的节约将是该行业自身碳足迹的十倍（Accenture Strategy 2015, 10）。换言之，库米定律不仅将拯救 ICT，还将拯救世界。¶

于是，人们看到，在资本聚集起来向自身讲述关于自身之故事的场合，科技行业的代表比例过高。在新冠疫情之前，这包括达沃斯对第四次工业革命的鼓吹：一种假想中的、在社会的经济与社会基础层面转向物联网、人工智能与可再生能源的变革性转折。更近一些，话语又转向了“利益相关者资本主义”（stakeholder capitalism）的观念：这是一种把企业视为有利可图的问题解决者、以重新焕发的社会使命感为指引的愿景（World Economic Forum 2020）。在聚集于这一名号之下的企业与首席执行官中，ICT 占据显著位置。在特朗普政府退出《巴黎协定》之后，承诺继续支持该协定的美国企业群体“我们仍在”（We Are Still In）中，它也是一股发声积极的力量；在国内推动碳税与绿色能源市场前景的努力中亦然。在多个尺度上，这一行业都将自己推到前台，充当多重交织危机时代绿色经济增长的旗手。¶

这一未来并非没有争议；经济顶层的阶级内部斗争，是当代气候政治中一个日益重要却未被充分探讨的组成部分。ICT 公司的许多绿色能源举措，使它们与化石燃料利益集团发生冲突，而后者作为全球最大的企业，向来享有尊崇地位。毕竟，气候倡导威胁着油气利润。事实上，在许多政治场域中——例如 2018 年华盛顿州一项支持碳税的投票提案、2016 年一份支持《清洁电力计划》（Clean Power Plan）的法庭之友意见书，以及 2021 年一封支持联邦清洁能源标准的国会信函——大型 ICT 公司都以游说资金与政治分量站到了化石燃料利益集团的对立面。这足以让气候左翼中的一些人将“大科技”（Big Tech）视为对抗“大石油”（Big Oil）这场更大斗争中宝贵的联盟伙伴（Buck 2021, 118）。¶

然而，在其他方面，两者之间的界线正变得越来越模糊。正如许多人所指出的，微软、谷歌和亚马逊（以及许多其他较小的参与者）日益成为油气资源开采不可或缺的合作伙伴。人工智能分析与物联网已经取代了地震勘探与储层建模中的大量劳动成本，同时还扩大了潜在储量的规模并提高了其盈利能力。这类工具在该行业的未来扩张被视为既很可能发生，又对进一步开发“致密”化石资源（例如通过水力压裂获得的资源）至关重要（International Energy Agency 2017）。在科技公司日益成为化石能源公司不可或缺之供应商的同时，化石能源公司也日益成为科技公司不可或缺的供应商。例如，微软最近投资了壳牌能源（Shell Energy）的植树造林项目，而它向壳牌与英国石油（BP）采购可再生能源合同的历史则要长得多。这些公司之间相互买卖服务，呈现出一种商业策略的模式：科技巨头作出的一项较小的可再生能源采购承诺，往往紧随其后的是一份规模大得多、利润也丰厚得多的、向能源巨头提供人工智能、云计算或物联网服务的合同（Tough 2020）。如果大科技真的成功扳倒了大石油，它或许更多是经由吸纳与综合的过程，而非通过直截了当的冲突——它们可能干脆变成同一个产业（Buck 2021, 115）。由此看来，对 ICT 的能源分析对于理解其相互矛盾的方向将变得越来越不可或缺。¶

然而，这种对效率的关注——它对发展和维系这一行业的身份认同与商业模式至关重要——遮蔽了更大的图景：它把存量误当成了流量。尽管数据存储与网络传输的碳强度与能源强度持续下降，该产业基础设施与能源需求的总存量却仍在悄然攀升。此外，ICT 在其他产业中的应用所带来的更广泛的碳节约，并不像产业联盟或欧盟《绿色新政》所暗示的那样确定：回弹效应以及更细致的生命周期分析工作，都使我们作出此类断言的确定性变得复杂（Sorrell, Gatersleben, and Druckman 2020; Court and Sorrell 2020）。因此，詹妮弗·加布里斯（Jennifer Gabrys）（2014, 14）所谓的“电子环境主义”（electric environmentalism），将永远在某种程度上是一个悖论性的东西：绿色传感器与效率所带来的更广泛的物质关系与社会关系，既有所助益，其本身又造成伤害。我们目前缺乏有力的经验证据，来证明总体收益大于危害，或证明这一行业将很快朝着对环境有利的方向加速发展（Freitag et al. 2021）。¶

更重要的是，诉诸能源效率——那道挡住数据中心泛滥洪流的堤坝——是另一种无法无限持续的增长。库米定律与蓬勃发展的数据中心建设之间的赛跑，有一条最终的地平线：当典型使用效率所需的空闲功耗逼近于零时，效率将不再可能翻倍——这一资源将会耗尽。据估计，该产业将在大约十年之内抵达这条地平线（Koomey and Naffziger 2015）。正如最近一项针对这一问题的元分析所总结的：“这从根本上质疑了效率在气候战略中被假定的作用”（Freitag et al. 2021, 36）。¶

尾声：电子的新航向？（Coda: A New Course for Electrons?）

今天的数字运作就是能源运作。以这种视角审视这一产业的历史与未来，便会发现它几乎一直在做原子与电子的生意，而两者之间的张力确立了种种预期与矛盾，这些矛盾正日益走向激化。计算使经由电中介的连接成为可能；就其运作机制而言，这些连接是跨越物质与距离进行通信的方式，其手段并非非物质的，但确实以不同的方式提出了物质性问题。起初，这种差异提供了节省劳动与时间的效率，由管理需求与军事方向所塑造。这一取向后来在摩尔定律与库米定律中被内化并延伸，使 ICT 产业得以迅猛增长，而其物质足迹却未相应扩大。因此，小型化与能源效率成为这一行业的指导逻辑，并有助于解释其前所未有的资本收益与绿色声誉。然而，效率与指数增长预期的中心地位，也妨碍了人们正视这些趋势的物质极限，以及与该产业相关的总体能源存量与碳存量问题。因此，无论在凯歌中还是在危机中，计算的物质性与经济学都从根本上与能源效率作为一种管理策略的可行性交织在一起。这使我们处在这样一个关口：ICT 的未来前景（或许还有更广义上的资本主义的前景）重新与存量问题而非流量问题捆绑在一起；那些在这个增长故事的核心部分被括除在外的原子，如今正重新回到行业关切与焦虑的前台。与此同时，全球数据中心产业的计算实例（computing instances）预计将在未来三年内再次翻番（Cisco 2018）。这一问题无法再长久推迟。¶

财力雄厚的科技公司对这一僵局的回应方式之一，是将与能源相关的排放纳入其企业会计结构，名义上认领与其电力供应之生产相关的碳原子。微软、苹果和谷歌多年来通过购买碳抵消与可再生能源证书实现了碳中和——这些通常采取可疑的林业与风电项目的形式，与其说是物质行动，不如说是象征（Pasek 2019）。^[5] 然而，随着能源成为高管层（C-Suite）的关注焦点，气候行动亦然。能源经理们被派去与可再生能源供应商谈判直接合同，如今 ICT 约占全球企业绿色能源采购总量的一半，超过所有其他行业（BloombergNEF 2020）。这些行动仍不足以匹配数据中心需求的规模，但它们至少是一种尝试，试图在经济上将碳循环中电子与原子的流动重新连接起来。¶

这些尝试又激发了更多尝试。微软最近宣布，其目标不仅是碳中和，而且是碳负排放（carbon negative）——承诺清除与其持续的以及历史上的环境影响相关的碳排放，一直追溯至公司创立之初。这要求管理者发明新的会计规程，并为新兴的碳清除公司划拨十亿美元投资，用私人资金去做公共行动者才刚刚开始讨论的事情（Microsoft Corporation 2021）。谷歌则牵头制定了一项全天候（24/7）无碳电力计划来指导其能源战略，超越了国家和国际标准，并促使能源供应商发布新形式的数据，以帮助填补现有的报告空白与不确定性（Google 2020）。此类举措推动着市场、监管标准与电网设计，其方式对于迫在眉睫的气候目标所要求的更广泛的多方利益相关者应对而言确有助益。它们也加深了科技公司更广泛地卷入能源公司之管理与所有权的方式。在最好的情况下，这些发展可以成为撬动这些企业庞大资本基础以加速气候行动的一种途径。从更犬儒的角度看，这些努力能在多大程度上加速化石燃料产业整体的更广泛退役，或者说，除了强化 ICT 最大参与者的规模与垄断权力之外还能做到多少，尚不清楚。无论就哪方面而言，真正的去增长（degrowth）似乎都尚未被摆上这张比喻意义上的谈判桌；相反，人们正竭尽全力在摩尔定律并不光彩的来世中维系它，试图事后地、却依然不充分地抵消它所造成的物质影响。因此，能源效率的矛盾依然存在。我们唯一可以确定的是，最终决定这一问题的将是存量，而非流动的速率。仅凭效率，已无法再调和电子与原子之间的距离。¶

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本研究部分受加拿大研究讲席计划（Canada Research Chairs program，资助编号 950-233016）资助，并得益于与“可持续海底网络”（Sustainable Subsea Network）同事们的交流。¶

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注释