計算框架變革 - 后摩爾定律時代芯片的出路

　　而液體能做的不只是冷卻芯片，它也能傳遞能量。受到自己生物學背景的啟發(fā)，Michel將這種液體命名為“電子血液”。如果他能順利完成的話，這種液體之于計算機芯片就會像生物血液之于生物體：在提供能量的同時保持體溫恒定。Michel的想法是液流電池（flow battery）的一種變體：在液流電池中，兩種液體在膜的兩側(cè)相遇并產(chǎn)生電流。

　　液流電池非常簡單易懂。電力行業(yè)一直在研究液流電池，想將它作為儲存來自可再生能源的能量的一種方式。Michel的系統(tǒng)距離商業(yè)應(yīng)用來說還有許多年要走，但是原理已經(jīng)確立：當Ruch打開液流開關(guān)，管道連接到的芯片就會“蘇醒”——而你在視線范圍內(nèi)根本看不到插頭或是電線。

　　4、計算框架變革

　?。?0）量子計算

　　量子技術(shù)可以實現(xiàn)速度上的大飛躍，但是只是在特定的應(yīng)用上。

　　THE D-Wave 2X 是一個黑色的盒子，看起來有點像電影《2001：太空漫游》中神秘的黑石板的縮小版。它不是一般的機器，它是世界上第一臺在商業(yè)上可用的量子計算機。目前已經(jīng)和惠普、微軟、IBM 和谷歌建立了合作。

　　量子計算是一種完全不同的處理信息的方法。在一些普通機器難以處理的問題上，它擁有巨大的速度優(yōu)勢。即使摩爾定律得以無限地延伸下去，這些問題也會持續(xù)的困擾普通機器。

　　而量子計算常常是被誤解，有時是過分吹噓的。其中部分原因是該領(lǐng)域本身還很新，所以其理論基礎(chǔ)依然還在搭建中。在一些任務(wù)的完成上，量子機器毫無疑問要比最好的非量子機器要快。但是在其它的大部分任務(wù)上，這一優(yōu)勢就沒那么明顯了?！霸谠S多情況下，我們不能確定某個量子計算機會比大家熟知的經(jīng)典計算機快”，麻省理工學院的計算機科學家 Scott Araronson 說。可用的量子計算機將會是一個福利，但是沒人能確定這個福利會有多大。

　　一個例子是，找到一個很大的數(shù)字中的質(zhì)數(shù)因子：這個問題中，隨著目標數(shù)字變大，難度會呈指數(shù)式的遞增。換句話說，摩爾定律中，每一次芯片工藝的升級，都只能再影響到稍微大一點的數(shù)字。確定質(zhì)數(shù)因子組成了大多數(shù)密碼的數(shù)學支柱，這能在數(shù)據(jù)游走在互聯(lián)網(wǎng)上時起到保護作用，恰好是因為這很困難。

　　兩個非常規(guī)的量子現(xiàn)象，量子比特，或者說是量子位，在運行是完全不一樣的。第一是“疊加”態(tài)，指一種持續(xù)不確定性的狀態(tài)，能讓原子同時能在不同的狀態(tài)存在。比如，一個量子粒子是沒有具體的位置的，只有說是有出現(xiàn)在某個地方的可能性。在計算層面，這意味著，一個量子位，不是特定的1或特定的0，而是以二者混合的方式存在。第二個量子現(xiàn)象是“牽連”態(tài)，不同粒子的發(fā)展綁被在一起，所以其中某一個粒子受到影響的話，會立刻在其它粒子上有所反映。 這能讓量子計算機在同一時間處理所有的量子位。

　　結(jié)果便是，一臺機器能夠一次性地呈現(xiàn)并處理海量的數(shù)據(jù)。例如，一個300量子位的機器，能夠同時描繪2300個不同的1和0串，這一數(shù)字幾乎等同于可見宇宙中所有的原子數(shù)量。并且，由于量子位是牽連的，所以要同時處理所有的這些數(shù)字也是可能的。

　　2、其他技術(shù)

　　光通信：使用光來代替電，在電腦，甚至芯片間進行溝通。這將能降低能源消耗，促進發(fā)展?；萜?、麻省理工學院。

　　更好的存儲技術(shù)：建造新的快速、密集和便宜的內(nèi)存，解決在計算機性能上遇到的瓶頸。英特網(wǎng)，美光（Micron）。

　　量子阱晶體管：使用量子現(xiàn)象來改變晶體管中的電池的表現(xiàn)，提升性能，使得摩爾定律能夠再反復(fù)，提升速度，降低能源消耗。

　　開發(fā)新的芯片和軟件：在從專門化的芯片串建立的機器上實現(xiàn)代碼編寫的自動化。已經(jīng)證明，這在Soft Machines上尤為困難。

　　近似計算：讓計算機的內(nèi)部表征數(shù)字更加精確，以減少每次計算時的比特數(shù)量，進而節(jié)省能源；允許計算機在計算中發(fā)生隨機的小失誤，能夠釋放配對的其它比特，這也能節(jié)約能源。華盛頓大學，微軟。

　　神經(jīng)形態(tài)計算：以動物大腦中處理信息的纏結(jié)和緊密聯(lián)結(jié)的神經(jīng)束為模型開發(fā)設(shè)備。這可能會降低能源消耗，想識別模式和其它的AI相關(guān)的任務(wù)也被證明是有用的。IBM，高通。

　　碳納米管晶體管：這些卷起的石墨片材保證了低的能力消耗和高的速度，正如石墨烯那樣。和石墨烯不同，它們也能夠輕松的關(guān)閉。但是很難進行量化生產(chǎn)。IBM，斯坦福大學。

　　5、總結(jié)

　　摩爾定律的終結(jié)將會讓計算機行業(yè)變得更加的復(fù)雜。在摩爾定律處于巔峰時期時，行業(yè)是很簡單的。計算機的以可預(yù)測的方式和速度升級。隨著節(jié)拍被打亂，計算機行業(yè)將成為一個更加復(fù)雜的地方。類似智能設(shè)計和狡猾的編程是有用的，奔騰的芯片設(shè)計師Bob Colwell說：“但是許多一次性的創(chuàng)意的集合不能彌補潛在指數(shù)上的不足?！?/p>

　　跟此前相比，發(fā)展將變得更不可預(yù)測，受到的局限會增多，速度會減慢。“隨著摩爾定律消退，我們被迫在三個方面，即力量、表現(xiàn)和成本上作出艱難的選擇”，ARM的芯片設(shè)計師Greg Yeric說，“一個特定的答案不能完美地服務(wù)于所有的終端使用?！?/p>

　　摩爾定律的黃昏將帶來機遇、混亂和大量的摧毀性創(chuàng)意。一個原本依賴于大量設(shè)備穩(wěn)步升級的行業(yè)將被撕碎。

　　軟件公司將開始進入硬件生產(chǎn)；硬件制造商需要改進自己的產(chǎn)品，更貼近用戶越來越多樣化的需求。但是，正如Colwell所說，要記得，消費者并不會在乎摩爾定律：“大多數(shù)買計算機的人甚至根本胡知道晶體管有什么用”。他們僅僅是想要這個產(chǎn)品，他們購買，是想要更好、更有用。過去，這意味著大多數(shù)都是在速度上獲得指數(shù)式的增長。這條道路已經(jīng)走到盡頭。但是依然有很多別的方法來制造更好的計算機。