聚焦7纳米和非硅材料芯片，IBM欲投资30亿美元

    从计算机时代开始，芯片就变得越来越小。英特尔公司的联合创始人戈登·摩尔于1965年描述的摩尔定律至今仍然能够给出相当准确的预测：我们装在微芯片中的晶体管数量每18个月至24个月就会翻一番，能够不断地提高计算机的速度和效率。然而，许多计算机科学家和工程师认为，我们将会很快遇到这样的处境：由硅材料构成的传统芯片电路将会变得过于微小，运行起来会不可靠。

    那么，将会发生什么情况呢？这一点谁也不敢确定，但是芯片制造商已经开始行动，为硬件开发的未来提供保障。不久前，IBM公司宣布了一项计划，准备在五年的时间内拨款30亿美元来进行芯片研究。尽管该公司总体研发支出将会保持不变，但是公司新的关注点不仅在于要把电路小型化至7纳米，而且还在于要用非传统性技术替代硅芯片。

    佐治亚理工学院的计算机科学家汤姆·康特说：“从根本上来讲，7纳米的晶体管就相当于大型原子的大小，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纳米的晶体管，并且计划于明年推出14纳米的晶体管。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。但是，根据康特的说法：“有一段时间，效益并不大。”从1994年到1998年，最大CPU时钟速度上升幅度为300%；在2007年至 2011年之间，CPU时钟速度仅仅提高了33%。

    康特预测道：“硅材料的日子屈指可数了。在我们遇到的处境中，我们需要退一步，重新考虑一下该如何设计计算机。”IBM公司同意康特的意见，该公司最近的几则公告中列举了好几种可以为芯片开发带来突破的新技术，这些新技术各有不同，既可以使芯片变得更小，又可以使芯片更加高效、更加可靠。

    一种新技术是量子计算，其目的就是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，而不是使用电信号来处理。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。”