摩尔定律消退后 计算机行业将如何发展？

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。

　　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

　　摩尔定律消退后 计算机行业将如何发展？

　　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。