發(fā)布日期：2014-10-15 瀏覽量：3402
從計(jì)算機(jī)時(shí)代開(kāi)始，芯片就變得越來(lái)越小。英特爾公司的聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾于1965年描述的摩爾定律至今仍然能夠給出相當(dāng)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)：我們裝在微芯片中 的晶體管數(shù)量每18個(gè)月至24個(gè)月就會(huì)翻一番，能夠不斷地提高計(jì)算機(jī)的速度和效率。然而，許多計(jì)算機(jī)科學(xué)家和工程師認(rèn)為，我們將會(huì)很快遇到這樣的處境：由 硅材料構(gòu)成的傳統(tǒng)芯片電路將會(huì)變得過(guò)于微小，運(yùn)行起來(lái)會(huì)不可靠。
那么，將會(huì)發(fā)生什么情況呢？這一點(diǎn)誰(shuí)也不敢確定，但是芯片制造商已經(jīng)開(kāi)始 行動(dòng)，為硬件開(kāi)發(fā)的未來(lái)提供保障。不久前，IBM公司宣布了一項(xiàng)計(jì)劃，準(zhǔn)備在五年的時(shí)間內(nèi)撥款30億美元來(lái)進(jìn)行芯片研究。盡管該公司總體研發(fā)支出將會(huì)保持 不變，但是公司新的關(guān)注點(diǎn)不僅在于要把電路小型化至7納米，而且還在于要用非傳統(tǒng)性技術(shù)替代硅芯片。
佐治亞理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)家湯姆·康特說(shuō)：“從根本上來(lái)講，7納米的晶體管就相當(dāng)于大型原子的大小，其中會(huì)存在許多未知的、無(wú)法控制的量子效應(yīng)。因此，芯片制造商無(wú)法保證其功能的可靠性。”
英 特爾公司目前可以制造出22納米的晶體管，并且計(jì)劃于明年推出14納米的晶體管。從大體上來(lái)講，摩爾定律是正確的—幾十年以來(lái)，我們一直在增加芯片中的晶 體管數(shù)量。但是，根據(jù)康特的說(shuō)法：“有一段時(shí)間，效益并不大。”從1994年到1998年，最大CPU時(shí)鐘速度上升幅度為300%；在2007年至 2011年之間，CPU時(shí)鐘速度僅僅提高了33%。
康特預(yù)測(cè)道：“硅材料的日子屈指可數(shù)了。在我們遇到的處境中，我們需要退一步，重新考 慮一下該如何設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)。”IBM公司同意康特的意見(jiàn)，該公司最近的幾則公告中列舉了好幾種可以為芯片開(kāi)發(fā)帶來(lái)突破的新技術(shù)，這些新技術(shù)各有不同，既可以 使芯片變得更小，又可以使芯片更加高效、更加可靠。
一種新技術(shù)是量子計(jì)算，其目的就是要提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力。傳統(tǒng)的信息單位只有0或1兩個(gè)數(shù)值，而量子位既可以保留0或1兩個(gè)數(shù)值，也可以兩者同時(shí)保留，這樣使系統(tǒng)能夠同時(shí)處理數(shù)百萬(wàn)條運(yùn)算。
另外一種新技術(shù)是神經(jīng)突觸計(jì)算。康特說(shuō)，神經(jīng)突觸計(jì)算所利用的電路是以我們?cè)诖竽X中看到的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，其主旨是使計(jì)算機(jī)模擬神經(jīng)系統(tǒng)擅長(zhǎng)處理的某些過(guò)程，如圖案檢測(cè)等。
納米光子學(xué)（也叫硅光子學(xué)）是利用光脈沖來(lái)處理信息，而不是使用電信號(hào)來(lái)處理。在公告中，IBM公司表示：“希望納米光子學(xué)能夠提供一條超級(jí)高速公路，使大量的信息能夠在服務(wù)器上的計(jì)算機(jī)芯片之間實(shí)現(xiàn)快速傳遞。”
除了硅材料之外，目前的芯片結(jié)構(gòu)也可能仍然保持原樣。碳納米管為單原子碳薄片卷成管子，據(jù)報(bào)道這樣的管子運(yùn)行起來(lái)要比硅材料快10倍，可以簡(jiǎn)便地替代晶體管材料。
然 而，所有這些技術(shù)都尚未經(jīng)歷足夠的測(cè)試。此外，一些專(zhuān)家對(duì)于硅會(huì)被淘汰的說(shuō)法持有強(qiáng)烈的懷疑態(tài)度。“對(duì)于量子之類(lèi)的東西我連一塊錢(qián)的賭注都不會(huì)押的。”麻 省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)家斯里尼·戴瓦達(dá)斯說(shuō)，“這類(lèi)東西聽(tīng)起來(lái)那么不現(xiàn)實(shí)。”他相信：在可行性方面，碳納米管和納米光子學(xué)在不久的將來(lái)也不會(huì)與硅形成競(jìng) 爭(zhēng)。一旦我們達(dá)到了7納米之后，晶體管的小型化進(jìn)程很可能將會(huì)大大地減緩下來(lái)。但是戴瓦達(dá)斯認(rèn)為，利用現(xiàn)有的材料仍然有著許多革新的余地。他問(wèn)道：“我們 為何不去開(kāi)發(fā)一種能夠行得通的另類(lèi)硅材料呢？”
戴瓦達(dá)斯還指出：比起像IBM和英特爾等公司已經(jīng)投入到硅材料革新研究的資金，IBM公司所承諾的30億美元的投入簡(jiǎn)直是不足掛齒。他認(rèn)為，隨著硅晶體管變得越來(lái)越小，人們會(huì)渴望看到其他技術(shù)帶來(lái)一個(gè)“后硅時(shí)代”，這樣才會(huì)使IBM公司的公告擁有更大的實(shí)際意義。
到頭來(lái)不管其他技術(shù)多么有前途，有一點(diǎn)是很清楚的—至少在未來(lái)的幾年中，硅仍然會(huì)在該領(lǐng)域得到應(yīng)用。“硅是現(xiàn)任的主角。”戴瓦達(dá)斯說(shuō)，“其他什么材料也無(wú)法與之競(jìng)爭(zhēng)。”IT專(zhuān)家網(wǎng)
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