IBM 正在为硅的终结做准备吗？

自计算机时代开始以来，微芯片的尺寸一直在不断缩小。英特尔联合创始人戈登·摩尔于 1965 年提出的摩尔定律至今仍相当准确地预测，我们可以在微芯片上安装的晶体管数量将每 18 到 24 个月翻一番，从而不断提高计算机的速度和效率。然而，许多计算机科学家和工程师认为，我们很快就会达到这样的一个临界点：传统的硅芯片电路将过于微观，无法可靠地工作。

那么会发生什么呢？目前还没有人能确定，但​​芯片制造商已经开始采取行动，以保障硬件开发的未来。本周，IBM 宣布计划在五年内拨款 30 亿美元用于芯片研究。虽然该公司的整体研发支出将保持不变，但新的重点不仅是将电路小型化至 7 纳米，而且还要用替代技术取代硅芯片。

佐治亚理工学院计算机科学家汤姆·康特告诉《大众科学》，7 纳米晶体管“基本上与大原子大小相当。存在许多无法控制的未知量子效应”，因此芯片制造商无法保证其可靠运行。

英特尔目前可以制造 22 纳米晶体管，并计划明年推出 14 纳米晶体管。摩尔定律通常是正确的——几十年来，我们一直在增加芯片上的晶体管数量。但康特表示，“目前还没有太大的好处。”从 1994 年到 1998 年，最高 CPU 时钟速度提高了 300%。从 2007 年到 2011 年，这些速度仅提高了 33%。

康特预测“硅的时代已经屈指可数。我们已经到了需要退一步思考如何设计计算机的地步。”IBM 似乎也同意这一观点。他们最近的声明列举了几种不同的新兴技术，这些技术可能会带来芯片开发的突破，使芯片不仅更小，而且更高效、更可靠。

一是量子计算，其目标是提高计算机的运算能力。传统信息比特的值只有 0 或 1，但量子比特可以同时保存 0、1 或两者的值，使系统能够同时处理数百万次计算。

另一种选择是研究神经突触计算，它使用“基于我们在大脑中看到的结构”的电路，Conte 说。这个想法是让计算机模拟神经系统擅长的某些过程，比如模式检测。

纳米光子学（也称为硅光子学）使用光脉冲而不是电信号来处理信息。IBM 在声明中表示希望纳米光子学能够提供“一条超级高速公路，让大量数据在服务器的计算机芯片之间快速移动”。

除了硅以外，微芯片的现有结构可能也保持不变。据报道，碳纳米管（卷成管状的单原子碳片）的性能比硅快 10 倍，可以作为晶体管材料的简单替代品。

然而，这些技术都还没有经过充分的测试。此外，一些专家仍然强烈怀疑硅是否会被淘汰。麻省理工学院计算机科学家 Srini Devadas 说：“我不会在这些东西上押一分钱。”“量子技术还太遥远了，”他说，他不相信碳纳米管或纳米光子学在不久的将来能够与硅竞争。一旦我们达到 7 纳米，晶体管小型化的速度可能仍会大大减缓，但 Devadas 认为使用现有材料仍有很大的创新空间。“为什么不开发一种可行的硅变体呢？”他问道。

Devadas 还指出，与 IBM 和英特尔等芯片制造商已经投入的数千亿美元用于硅创新研究相比，IBM 承诺的 30 亿美元只是“小菜一碟”。他认为，随着硅晶体管的不断缩小，人们迫切希望看到其他技术迎来“后硅”时代，这使得 IBM 的声明看起来比实际更重要。

不管其他技术前景如何，很明显硅至少在未来几年内仍将占据主导地位。“它是主导者，”德瓦达斯说。“没有其他东西可以与之竞争。”