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

这种技术不是全新的，但是直到现在才找到使用它的理由。全新的是“云端正在以让人瞠目的速度增长，”Burger说道，“现在摩尔定律正在不断放缓，这使得越来越难以增加足够的计算力来与云端相匹配。所以这类后摩尔时代的项目开始变得有经济意义。”

（9）3D 芯片

撇开鳍形晶体管（finned transistors）不谈，现代芯片都是非常扁平的。但是也有一些公司，包括IBM，正在研究将芯片互相叠加——就像一层一层叠高楼房一样——来让设计师们能够在给定区域里安置更多晶体管。三星已经在销售用垂直堆叠的闪存制作的存储系统了。去年，英特尔和Micron（一家大型内存制造商）宣布研发出了一种名为3D Xpoint的新型内存技术，能够利用堆叠的内存。

IBM的研究人员们则致力于研究某种稍有不同的东西：将内存层（slices of memory）叠在处理逻辑层（slices of processing logic）之间，像三明治一样的芯片。这将能让工程师们把大量的计算封装到非常小体积的芯片上，同时带来很大的性能提升。传统计算机的主存储器（main memory）位于距离处理器几厘米远的地方。从硅晶的传递速度（silicon speeds）来说，一厘米已经是非常长的距离了。在这样的距离上传递信号也很浪费能量。将内存移至芯片中以后，就把这些距离从厘米级降到了微米级，使数据传输更快速。

但是3D芯片面对着2个大问题。第一个就是热量。扁平的芯片在这方面已经够糟糕了，在传统数据中心里有数以千计的风扇为服务器散热，轰鸣声不绝于耳。增加叠加层数以后，芯片内部——也就是热量产生的地方——热量增加速度会超过散热速度。

第二个问题是如何接入电力。芯片通过其背面数以百计的金属“针（pins）”与外界相连。现代芯片对电力的需求高到多达80%的金属针都被设置为用来传输电力，只剩下非常少的数量用来处理数据输入和输出。在3D形态下，这种局限被放得更大，因为同样数量的金属针必须要满足比原先复杂得多的芯片。

IBM希望能通过在3D芯片中置入微型内部管道来一箭双雕地解决这2个问题。微流控通道（microfluidic channels）可以将冷却液运往芯片的核心部分，一下子将内部空间中的热量都带走。这家公司已经在传统的扁平芯片上测试了这种液体冷却技术。微流控系统可以最终从1立方厘米的空间里带走大约1千瓦的热量——差不多和电加热器上一片加热器的输出差不多，这个团队的负责人Bruno Michel说道。

而液体能做的不只是冷却芯片，它也能传递能量。受到自己生物学背景的启发，Michel将这种液体命名为“电子血液”。如果他能顺利完成的话，这种液体之于计算机芯片就会像生物血液之于生物体：在提供能量的同时保持体温恒定。Michel的想法是液流电池（flow battery）的一种变体：在液流电池中，两种液体在膜的两侧相遇并产生电流。

液流电池非常简单易懂。电力行业一直在研究液流电池，想将它作为储存来自可再生能源的能量的一种方式。Michel的系统距离商业应用来说还有许多年要走，但是原理已经确立：当Ruch打开液流开关，管道连接到的芯片就会“苏醒”——而你在视线范围内根本看不到插头或是电线。

4、计算框架变革

（10）量子计算

量子技术可以实现速度上的大飞跃，但是只是在特定的应用上。

THE D-Wave 2X 是一个黑色的盒子，看起来有点像电影《2001：太空漫游》中神秘的黑石板的缩小版。它不是一般的机器，它是世界上第一台在商业上可用的量子计算机。目前已经和惠普、微软、IBM 和谷歌建立了合作。

量子计算是一种完全不同的处理信息的方法。在一些普通机器难以处理的问题上，它拥有巨大的速度优势。即使摩尔定律得以无限地延伸下去，这些问题也会持续的困扰普通机器。

而量子计算常常是被误解，有时是过分吹嘘的。其中部分原因是该领域本身还很新，所以其理论基础依然还在搭建中。在一些任务的完成上，量子机器毫无疑问要比最好的非量子机器要快。但是在其它的大部分任务上，这一优势就没那么明显了。“在许多情况下，我们不能确定某个量子计算机会比大家熟知的经典计算机快”，麻省理工学院的计算机科学家 Scott Araronson 说。可用的量子计算机将会是一个福利，但是没人能确定这个福利会有多大。

一个例子是，找到一个很大的数字中的质数因子：这个问题中，随着目标数字变大，难度会呈指数式的递增。换句话说，摩尔定律中，每一次芯片工艺的升级，都只能再影响到稍微大一点的数字。确定质数因子组成了大多数密码的数学支柱，这能在数据游走在互联网上时起到保护作用，恰好是因为这很困难。

两个非常规的量子现象，量子比特，或者说是量子位，在运行是完全不一样的。第一是“叠加”态，指一种持续不确定性的状态，能让原子同时能在不同的状态存在。比如，一个量子粒子是没有具体的位置的，只有说是有出现在某个地方的可能性。在计算层面，这意味着，一个量子位，不是特定的1或特定的0，而是以二者混合的方式存在。第二个量子现象是“牵连”态，不同粒子的发展绑被在一起，所以其中某一个粒子受到影响的话，会立刻在其它粒子上有所反映。  这能让量子计算机在同一时间处理所有的量子位。

结果便是，一台机器能够一次性地呈现并处理海量的数据。例如，一个300量子位的机器，能够同时描绘2300个不同的1和0串，这一数字几乎等同于可见宇宙中所有的原子数量。并且，由于量子位是牵连的，所以要同时处理所有的这些数字也是可能的。

其他技术

光通信：使用光来代替电，在电脑，甚至芯片间进行沟通。这将能降低能源消耗，促进发展。惠普、麻省理工学院。

更好的存储技术：建造新的快速、密集和便宜的内存，解决在计算机性能上遇到的瓶颈。英特网，美光（Micron）。

量子阱晶体管：使用量子现象来改变晶体管中的电池的表现，提升性能，使得摩尔定律能够再反复，提升速度，降低能源消耗。

开发新的芯片和软件：在从专门化的芯片串建立的机器上实现代码编写的自动化。已经证明，这在Soft Machines上尤为困难。

近似计算：让计算机的内部表征数字更加精确，以减少每次计算时的比特数量，进而节省能源；允许计算机在计算中发生随机的小失误，能够释放配对的其它比特，这也能节约能源。华盛顿大学，微软。

神经形态计算：以动物大脑中处理信息的缠结和紧密联结的神经束为模型开发设备。这可能会降低能源消耗，想识别模式和其它的AI相关的任务也被证明是有用的。IBM，高通。

碳纳米管晶体管：这些卷起的石墨片材保证了低的能力消耗和高的速度，正如石墨烯那样。和石墨烯不同，它们也能够轻松的关闭。但是很难进行量化生产。IBM，斯坦福大学。

（编辑：云计算网_泰州站长网）

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