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摩尔定律失效?计算机芯片不会无限小下去

admin 2019-10-15 867人围观 ,发现0个评论 摩尔定律失效
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腾讯数码讯(文心)据Digital Trends网站报道,为什么现代计算机比以前的旧型号计算机要好得多?一种解释称,这与过去几十年微处理器技术的巨大进步有关。约每18个月,芯片中集成的晶体管数量就会翻一番。

这一趋势最早于1965年由英特尔联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)发现,并被通俗地称为“摩尔定律”。摩尔定律推动着技术不断向前发展,并将其转化为数万亿美元的产业。处理能力难以想象的强大芯片,被应用在从家用电脑到自动驾驶汽车再到智能家居设备在内的各种产品中。

但摩尔定律或许不能无限期地延续下去。高科技产业可能喜欢其有关指数增长和数字驱动的“稀缺终结”的说法,但芯片上晶体管尺寸是存在物理极限的,不会一直减小下去。

虽然人眼看不到,但目前最新的芯片上集成有数十亿个晶体管。如果摩尔定律有效期能持续到2050年,工程师们将不得不利用尺寸小于一个氢原子的材料制造晶体管。企业跟上摩尔定律脚步的成本也越来越高昂。建造一座生产新型芯片的制造工厂需耗资数十亿美元。

由于这些因素,许多人预测摩尔定律将在2020年代初期逐步失效,届时芯片晶体管组件的尺寸将仅为5纳米左右。摩尔定律失效之后芯片产业会怎样发展呢?技术进步会停滞不前,出现类似我们目前仍然使用着20多年前就已经问世的Windows 95 PC那样的情况吗?

Digital Trends表示,未必。以下7点原因,解释了为什么摩尔定律失效并不意味着我们熟知的计算技术进步戛然而止。

摩尔定律失效天不会塌下来

想象一下,如果明天热力学定律或牛顿的三大运动定律不再发挥作用,我们将会面临怎样的灾难。虽然名字中有“定律”,但摩尔定律并非是这一类的普遍规律。相反,它只是一个通过观察所得的趋势,就像迈克尔·贝(MichAEl Bay)总是在夏季发行一部新的《变形金刚》(Transformers)电影那样——即使没有发行,也不会有什么大问题。



我们为什么会提出这一问题?因为摩尔定律失效不会引发引力突然消失那样的灾难。因为芯片上集成的晶体管数量不再每18个月翻一番,并不意味着计算技术的进步完全停止。它只不过意味着技术进步的速度会略微慢那么一点点。

我们可以把技术进步想象为石油。我们已经采完了容易开采的石油,现在,我们需要利用压裂等技术开采相对不容易开采的石油。

更好的算法和软件

思考一下那些赚大钱的NFL(美国国家橄榄球联盟)或NBA(美国职业篮球联赛)球星,他们根本无需考虑存钱的问题。虽然听起来有些混乱,但对于摩尔定律和软件之间的关系而言,这还算一个中肯的隐喻。

尽管存在编写漂亮的软件,但年复一年的是,很多时候程序员都不必太在意如何对软件优化,提高运行速度,因为他们知道明年推出的计算机处理器能更好地运行自己的代码。但是,如果摩尔定律失效,计算机处理器的进展不再像过去那样快,那么,我们就不能再依赖这种方法了。

通过优化软件提升芯片的处理能力,将受到更多重视。为了提高系统的运行速度和效率,这意味着开发更好的算法。除运行速度外,希望这也意味着更加简练的软件,以及对用户体验、界面和质量的高度关注。

即使摩尔定律明天失效,在硬件不再继续改进的情况下,优化今天的软件仍然可以提供数年甚至数十年的性能增长。

更专用的芯片

尽管如此,芯片设计人员克服通用芯片性能提升速度放慢的一个途径,就是开发更专用的处理器。图形处理单元(GPU)就是其中的一个例子。定制专用处理器也可应用在神经网络、自动驾驶汽车的计算机视觉、语音识别和物联网设备等应用中。



这些专用芯片设计可以提供一系列改进,例如更高的效能比。采用定制设计的芯片厂商包括市场领头羊英特尔、谷歌、Wave Computing、英伟达和IBM等。

就像编写质量更高的软件一样,芯片制造进步的放缓,迫使芯片设计师更重视新的芯片架构突破。

芯片不再是IT的全部

摩尔定律“诞生”于20世纪60年代中期,比计算机科学家蒂姆·伯纳-李(Tim Berners-Lee)发明万维网早了四分之一世纪。虽然自问世起摩尔定律一直有效,但在万物互联的时代,对本地处理能力的需求减少了。当然,PC、平板电脑或智能手机的许多功能都是在设备上完成的,但越来越多的功能不在设备上完成。

云计算技术意味着,许多大型计算问题可以由位于其他地方的大型数据中心中的大规模并行系统完成,这些系统包含的晶体管数量,是单台计算机的许多倍。人工智能任务尤其如此,例如我们在手机上使用的语音助手等。

通过在其他地方处理任务,并在处理完成时将答案传回本地计算机,机器的智能程度可以按指数级提高,而无需每隔18个月左右升级其处理器。

新材料和配置

硅谷之所以被称为硅谷是有原因的,但研究人员正在忙着研究未来可能由硅以外的其他材料制成的芯片。

例如,英特尔正在研究一些令人吃惊的技术,使晶体管以3D而非2D形式排列在芯片中,提高芯片集成的晶体管数量。其他材料,如位于元素周期表中第三和第五列的元素,可以取代硅成为制造芯片的材料,因为它们的导电性更高。

目前尚不清楚这些材料是否可以大规模生产或成本是否足够低,但是,考虑到科技行业巨头的综合专业知识,以及寻找新型芯片材料的动机——新的半导体材料可能在等着我们去发现。

量子计算

量子计算是本文列出的第二个最令人激动的原因。量子计算机现在还是一种实验性和非常昂贵的技术。它与我们所熟知的基于晶体管的二进制数字电子计算机完全不同。



量子计算不是将数据编码为0或1,而是处理量子比特,这些量子比特的值可以同时为0、1以及0和1。长话短说?这些状态的叠加,可以使量子计算机的运行速度和效率远远超过当前的主流计算机。

制造量子计算机面临诸多挑战(首先,它们需要在温度很低的环境中运行)。但是,如果工程师能够解决这个问题,我们或许能够以极其快的速度——让戈登·摩尔感到目眩——推动技术的巨大进步。

我们尚未想到的技术

在20世纪80年代,很少有人能预测到目前的智能手机。在1990年代初期,谷歌将成为目前这样的巨头,或像亚马逊这样的电子商务网站将成为第一家市值达1万亿美元公司的想法,是很疯狂的。

Digital Trends称,关键是,在涉及计算的未来时,我们不应该认为自己完全知道即将出现的新技术。是的,目前量子计算看起来像是摩尔定律之后计算技术的长期希望,但是,未来数十年后计算机看起来会完全不同于我们目前使用的计算机。

无论是机器的新配置、全新材料制成的芯片还是全新的亚原子研究——开创了将晶体管封装到芯片上的新方法,我们相信计算的未来——它具备的独创性——将是最好的。

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