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摩尔定律消失之后会发生什么?

David Ruthland 2019-04-11

自1965年以来,计算机工程师们一直相信英特尔创始人之一戈登摩尔(gordon moore)所说的话,即每12个月就可以把晶体管的密度增加一倍。但是,摩尔定律更多的是观察和推断趋势,而不是真正的自然法则。技术难以跟上,在十年内,乐观的12个月预测已延长至18个月,之后又延长至24个月。4OP电子头条

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随着制造商接近小型化的极限,所谓的摩尔定律正处于边缘。摩尔本人从未直截了当地表示他的同名预测会失败,但他已多次表示,保持这一过程变得越来越困难。4OP电子头条

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在2015年,他回应斯蒂芬霍金,并表示,“我们现在非常接近原子限制。我们利用我们可以获得的所有速度,但光速限制了性能...我想我看到摩尔定律在未来十年左右在这里消失,但这并不奇怪“。4OP电子头条

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戈登摩尔。图片来源:科学史研究所。4OP电子头条

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最终用户永远不会看到计算最基本的支柱之一的瓦解。4OP电子头条

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算法变得越来越高效,随着云计算的出现,更多处理器密集型任务可以外包给具有更大容量的异地计算机。家庭用户和企业只需要一个小客户端; 繁重的大部分都是在云中完成的。4OP电子头条

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上周,谷歌推出了Stadia游戏平台。使用它,游戏玩家可以在几乎任何设备上播放最新的游戏,因为图形处理是远程执行的,玩家可以收到实际发生在其他地方的视频流。4OP电子头条

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基于云的处理是权宜之计。云并不存在; 这是别人的电脑。而且,无论处理速度有多快,数据访问都受可用带宽的限制。4OP电子头条

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对于计算机用户来说,最终是围绕戈登摩尔定律的局限性和他对局限性的预测。这是一个“躲避”,推迟了不可避免的事情。4OP电子头条

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远离硅?4OP电子头条

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实际上,所有电子设备中的所有芯片都依赖于硅。硅是半导体 - 在某些情况下,它会导电,而在其他情况下,它将充当绝缘体。4OP电子头条

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它几乎是理想的材料; 它便宜而且丰富。更重要的是,使用正确的掺杂元素,可以定制其属性以适应特定目的。但是,除了这些公认的巨大优势之外,硅可能不是未来构建芯片的理想材料。4OP电子头条

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随着电路的缩小,Si显示其效率低下。当我们接近纳米尺度时产生热量,并且电流丢失。这是导致摩尔定律弯曲和折断的限制因素。4OP电子头条

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那么,有什么可以取代它呢?4OP电子头条

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石墨烯是地球上最强大,最通用的材料之一。它于2004年首次亮相,最初是一次制造一张小纸张,用胶带将其从一个表面转移到另一个表面。十五年后,它现在由一吨制造。4OP电子头条

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在最初对材料的热情 - 一个厚度仅为一个原子的六边形碳晶格结构 - 它被吹捧为摩尔定律的救星,使小型化达到了前所未闻的规模。4OP电子头条

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碳不是半导体的事实并不重要,因为小于10纳米宽的石墨烯带表现得像半导体。4OP电子头条

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当涉及到它的应用时,它们是否真的存在是无关紧要的。4OP电子头条

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石墨烯曾被认为是计算的“救世主”。图片来源:AlexanderAIUS。4OP电子头条

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一个重大挑战4OP电子头条

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远离芯片将意味着从头开始重新设计芯片和计算机系统。这将是一项巨大而缓慢的工作,在基础设施和研发方面耗费巨大。4OP电子头条

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如果计算机行业要进行如此大规模的投资,就需要确保它能够做到正确。如果没有,我们可能会循环并最终处于我们现在发现的完全相同的情况。4OP电子头条

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石墨烯提供了第一条线索,即二维材料是前进的方向,现在科学家和工程师正在寻找最有效的分子来促进电子的快速运动。4OP电子头条

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其中最主要的候选产品是过渡金属二硫化物,如二硫化钼,在允许和停止按需电流时,其效率比Si高几个数量级。然而,它的缺点在于它使用起来特别难以操作,并且到目前为止构建的晶体管当前不能转移到处理器上。4OP电子头条

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简而言之,没有人知道未来的计算机芯片会是什么样子。尽管在Si的替代品的制造方面正在取得进展,但对于我们来说,做出任何具体的预测或欢迎使用石墨烯或其他可能的替代品作为解决方案还为时尚早。4OP电子头条

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但是,有一件事是肯定的:没有物质进步,处理速度的不可阻挡的进步将是一个遥远的记忆。摩尔定律以及导致它的观察不仅会死亡,而且会被埋葬。4OP电子头条