支配计算领域44年之后，摩尔定律的下一步该往哪里走？ | 深度

如果一切都按照计划进行，Yeric 博士说，新型的晶体管设计和新材料，可能让事情在 5 年或 6 年里还滴答作响，到了那个时候可能会有 5 纳米的晶体管。但除此之外，“我们已经用尽了一切方法，避开真正根本性的需求。”

（6）自旋晶体管

对于这方面来说，他最倾向的候选对象是所谓的“自旋电子学”。电子系使用一个电子的电荷来代表信息，自旋电子学使用“旋转”，这是电子的另一个固有属性，并且和物体拥有的转动能量相关联。它很有用，旋转有两个变化：向上和向下，它可以用来表示 1 和 0。计算机行业对自旋电子学已经有了一些经验：例如它是硬盘里的应用。

对自旋晶体管的研究已经超过了 15 年，但是迄今为止还没有投入生产。难做的是，驱动它所需的电压是非常微小的：10-20 毫伏，相比常规的晶体管要少数百倍，这可以解决热量的问题。但是这也带来了设计的问题， Yeric 说道。有着这种分钟电压，在电子噪音中区分 1 和 0，变得非常棘手。

“在实验室里建造一个新奇的晶体管，是相对而言比较容易的事情，”分析师 Linley Gwennap 说道。。“但是要取代我们今天正在做的事情，你需要在一个芯片上投入数十亿美元，需要有合理的成本，以及非常高的可靠性，而且几乎要没有任何缺陷。我不会说着无法做到，但这是非常困难的。”这也让寻找其他的办法制作更好的计算机，变得十分重要。

3、从现有晶体管寻找出路

严格的说，摩尔定律是关于越来越多数目的组件，可以被整合进一个给定的设备中。更一般的说，计算机总是变得越来越好。随着晶体管变得越来越难以缩小，计算公司开始考虑更好的利用已有的晶体管设备。“过去管理者们不希望在密集设计上投入过多，”ARM 的 Greg Yeric 说道：“我认为这将会开始发生变化。”

一种方法是：让现有的芯片工作强度更大。电脑芯片有一个主时钟，每次它滴答的时候，里面的晶体管就会进行开、关动作。更快的时钟，意味着更快的执行指令。提高时钟速率已经使得芯片在过去的 40 年里变得更快的主要途径。但是，在过去的 10 年里，时钟速率几乎没有变化。

（7）多核芯片

芯片制造商通过使用额外的晶体管，压缩以复制芯片已有的线路作为回应。这种“多核心”芯片，把一些比较慢的处理器捆绑起来，要比单纯依靠单一的快速处理器表现的要更好。大多数现代的台式计算机是 4 到 8 核，有的甚至有 16 个核。

但是，正如业内人士发现的，多核芯片的速度达到了限制。“大家一致认为，如果我们继续这样做，如果我们的芯片有 1000 个核，那么一切都会好起来的。”微软芯片设计专家 Doug Burger 说道。但是，要获得最佳的芯片，程序员们不得不把任务人分解成小块，让它们可以同时工作。“事实证明，这真的很难。”Burger 博士说。实际上，对于一些数学任务而言，这是不可能的事。

（8）特制芯片

另一种方法是专攻。使用最广泛的芯片，例如 Intel’s Core 产品线，或者那些基于 ARM’s Cortex 设计的芯片（在地球上几乎所有的手机都能找到）都是多面手，它们具有很强的灵活性。不过这是有代价的：它们可以做一切事情，但没有一件事情能做的完美。调整硬件，让它更好的适用于特别的数学任务，可以让你在解决一般性的任务时，有着 100 到 1000 倍的提升。Intel’s Pentium 芯片的设计者 Bob Colwell 说。

专门特制的芯片已经在计算行业的一些领域中得到使用。最著名的例子是用来提高视频游戏视觉效果的显卡，由Nvidia和AMD之类的公司所设计，在1990年代中期崭露头角。英特尔后来的奔腾芯片也有为一些任务（比如视频解码）设计内置的特制逻辑。但这正也有缺点。

设计新的芯片需要数年的时间，研发成本可能高达数千万甚至数亿美元。特制芯片也比通用用途的芯片更难编程。并且，由于天性使然，它们只能提升某些任务上的性能表现。

特制逻辑更好的目标对象——至少在一开始的时候——可能是数据中心，这些需要庞大计算力的仓库为运行互联网的服务器提供着动力。

由于数据中心处理着海量的数据，它们可能永远都需要一块只能做一件事、但做得非常好的芯片。

基于这个原因，微软——全球最大的软件公司和云计算服务供应商之一——正在投资芯片设计业务。2014年，微软公布了一台名为Catapult的新设备，它使用了一种叫做现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的特殊芯片，这种芯片的设置可以随心所欲地进行调整。FPGA提供了一种介于特制和灵活之间的折中，非常实用，带领Catapult研发团队的Burger说道：“这是想要在可编程的软件以外也有可编程的硬件”。当一个任务结束以后，FPGA可以在不到1秒内被重新调整到符合另一个任务的设置。

这种芯片已经被微软的搜索引擎Bing所使用，微软表示，FPGA使服务器在给定时间里能处理的请求数量翻了一倍。除此之外，也有许多其他的潜在应用，Peter Lee这样说道，他是Burger在微软的顶头上司。当某种特定的算法需要被反复应用在数据流上时，FPGA脱颖而出。一种可能性是用Catapult来加密计算机之间的数据流以确保它们的安全性。另一种可能性是将它用在云端互联手机的语音识别和图像识别任务上。

（编辑：云计算网_泰州站长网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!