摩尔定律消退后 计算机行业将如何发展？

的压力。

　　（5）石墨烯

　　摩尔定律消退后 计算机行业将如何发展？

　　最著名的替代方法是石墨烯，它是单原子厚的碳形式（二维）。石墨烯在操作电子和空穴的时候表现的非常好，但难点在于如何使它停止下来。研究人员一直试图通过掺杂、压碎、挤压石墨烯，或者使用电场来改变电学的性能。现在已经有了一些进展：曼彻斯特大学 2008 年报告了一个正在工作的石墨烯晶体管；加州大学 Guanxiong Liu 带领的研究小组，2013 年使用了一种有 "负电阻" 特性的材料以制作设备。但对石墨烯真正的影响，Yeric 博士说道，是刺激对其他二维材料的兴趣。"石墨烯是一个打开的盒子，" 他说道："我们现在正在寻找像二硫化钼的物质，或黑色磷、磷硼的混合物。" 重要的是，所有的这些都像硅一样，可以很容易打开和关闭。

　　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。

　　三、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

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　　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