IBM公司为硅材料时代终结做打算？

译者： Andrew Levine    原作者：Neel V. Patel       

随着芯片变得越来越小，芯片制造商开始研究新方法和新材料。
        自从进入了计算机时代，芯片就一直伴有不断缩小的趋势。英特尔公司的联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore) 1965年提出的摩尔定律时至今日仍然能够做出相当准确的预测：我们能够装入微芯片的晶体管数量每隔一年半至两年就会翻一番，能够不断地提高计算机的工作速度和效率。然而，许多计算机科学家和工程师认为，很快我们将遇到这样的处境：由硅材料制成的传统芯片电路会变得过于微小而不能稳定运行。


       那接下来情况会是怎样呢？没有人敢妄下断言。尽管如此，芯片制造商已经开始有所行动，计划为硬件发展的未来保驾护航。本周，IBM公司宣布计划在5年内投入30亿美金进行芯片研发。尽管该公司的研发总支出将会维稳，但是公司投入有了新的重点——不仅要将电路微缩至7纳米，还要用革命性技术替代硅芯片。


       佐治亚理工大学的计算机科学家汤姆·康特(Tom Conte)向《大众科学》杂志记者透露：“ 7纳米的晶体管的大小就相当于大型原子，其中会存在许多未知的、无法控制的量子效应。因此，芯片制造商无法保证其功能的可靠性。”


        英特尔公司目前可以制造出22纳米宽的晶体管，并且计划于明年推出14纳米宽的晶体管。从大体上来讲，摩尔定律是正确的——几十年以来，我们一直在增加芯片中的晶体管数量。然而，根据康特的说法：“到目前为止，效益已并不突出。”从1994年到1998年，CPU时钟速度峰值上升幅度为300%； 2007年至2011年间，这一指标仅仅提高了33%。


       康特预言：“硅材料的日子屈指可数了。我们已然到了需要退一步重新考虑该如何设计计算机的时候。”IBM公司似乎对康特表示认同，在最近几则公司公告中就能给芯片开发带来突破的新技术做了若干设想，这些新技术各有千秋，但都能够不仅使芯片更小，又可以使芯片更加高效且可靠。


        其中一种新技术是量子计算，其目即要提高计算机的运算能力。传统的信息单位只有“0”或“1”两个数值，而量子位既可以保留“0”或“1”两个数值，也可以两者同时保留，这样使系统能够同时处理数百万条运算。


      另外一种新技术是神经突触计算。康特说，神经突触计算所利用的电路是以我们在大脑中看到的结构为基础的。其主旨是使计算机模拟神经系统擅长处理的某些过程，如图案检测等。

      纳米光子学（也叫硅光子学）是利用光脉冲来处理信息的，而不是使用电信号来处理的。在公告中，IBM公司表示：“希望纳米光子学能够提供一条超级高速公路，使大量的信息能够在服务器上的计算机芯片之间实现快速传递。


     除了硅材料之外，目前的芯片结构也可能仍然保持原样。碳纳米管为单原子碳薄片卷成管子，据报道这样的管子运行起来要比硅材料快10倍，可以简便地替代晶体管材料。


      然而，所有这些技术都尚未经历足够的测试。此外，一些专家们对于硅会被淘汰的说法持有强烈的怀疑态度。“对于量子之类的东西我连一块钱的赌注都不会押的。”麻省理工学院的计算机科学家斯里尼·戴瓦达斯说，“这类东西听起来那么不现实。”他相信：在可行性方面，碳纳米管和纳米光子学在不久的将来也不会与硅形成竞争。一旦我们达到了7纳米之后，晶体管的小型化进程很可能将会大大地减缓下来。但是戴瓦达斯认为，利用现有的材料仍然有着许多革新的余地。他问道：“我们为何不去开发一种能够行得通的另类硅材料呢？”


     戴瓦达斯还指出：比起像IBM和英特尔等公司已经投入到硅材料革新研究的资金，IBM公司所承诺的30亿美元的投入简直是不足挂齿。他认为，随着硅晶体管变得越来越小，人们会渴望看到其他技术带来一个“后硅时代”，这样才会使IBM公司的公告拥有更大的实际意义。


       到头来不管其他技术多么有前途，有一点是很清楚的——至少在未来的几年中，硅仍然会在该领域得到应用。“硅是现任的主角。”戴瓦达斯说，“其他什么材料也无法与之竞争。”