摩爾定律結束時：矽晶片的三種替代品
現代電腦真的很神奇，隨著時間的推移，它還在不斷改進。發生這種情況的原因很多，其中之一是由於處理能力更好。大約每18個月，集成電路中可以安裝在硅芯片上的晶體管數量就會翻一番。
這就是眾所周知的摩爾定律，早在1965年，英特爾聯合創始人戈登·摩爾就注意到了這一趨勢。正是由於這個原因，技術才得到如此迅速的發展。
摩爾定律到底是什麼？
摩爾定律認為，隨著計算機芯片變得更快、更節能，同時生產成本也越來越低。它是電子工程領域領先的發展規律之一，已經有幾十年的歷史了。
然而，總有一天，摩爾定律會走向“終結”。雖然我們已經被告知即將結束數年，它幾乎肯定是接近其最後階段在目前的技術氣候。
的確，處理器正不斷地變得更快、更便宜，並且有更多的晶體管裝在處理器上。然而，隨著計算機芯片的每一次新的迭代，性能的提升都比以前小了。
雖然較新的中央處理器（CPU）具有更好的體系結構和技術規格，但與日常計算機相關的活動的改進正在縮小，而且速度較慢。
摩爾定律為什麼重要？
當摩爾定律最終“終結”時，硅芯片將無法容納額外的晶體管。這意味著，為了進一步推動技術進步和帶來下一代創新，需要有一個基於硅的計算的替代品。
風險在於摩爾定律在沒有替代品的情況下必然會消亡。如果發生這種情況，我們所知的技術進步可能會被扼殺在軌道上。
硅計算機芯片的潛在替代品
隨著技術進步塑造了我們的世界，基於硅的計算正迅速接近極限。現代生活依賴於硅基半導體芯片，這些芯片為我們的技術提供動力，從電腦到智能**，甚至醫療設備，都可以開關。
重要的是要知道，硅基芯片本身還沒有“死亡”。相反，他們的表現遠遠超過了頂峰。但這並不意味著我們不應該考慮什麼可以取代它們。
計算機和未來的科技需要更加靈活和強大。為了實現這一目標，我們將需要遠優於當前硅基計算機芯片的產品。以下是三種可能的替代品：
1量子計算
谷歌、IBM、英特爾和一大批規模較小的初創公司都在競相推出最早的量子計算機。這些計算機將藉助量子物理學的力量，提供“量子比特”所提供的難以想象的處理能力。這些量子比特比硅晶體管強大得多。
然而，在量子計算的潛力得以釋放之前，物理學家還有許多障礙需要克服。其中一個障礙是要證明量子機器比普通的計算機芯片更擅長完成特定的任務，因而是至高無上的。
2石墨烯和碳納米管
石墨烯於2004年被發現，是一種真正具有革命性的材料，它的研究團隊因此獲得了諾貝爾獎。
它非常強大，它可以導電和導熱，它是一個原子的厚度與六角形晶格結構，它是豐富的。然而，石墨烯實現商業化生產可能還需要數年時間。
石墨烯面臨的最大問題之一是它不能用作開關。與硅半導體不同的是，硅半導體可以通過電流打開或關閉——這會產生二進制代碼，使計算機工作的零和一——石墨烯不能。
例如，這意味著基於石墨烯的計算機永遠無法關閉。
石墨烯和碳納米管還是很新的。雖然硅基計算機芯片已經發展了幾十年，但石墨烯的發現只有14年的歷史。如果石墨烯將來要取代硅，還有很多事情要做。
儘管如此，從理論上講，它無疑是硅基芯片最理想的替代品。想想摺疊式筆記本電腦、超高速晶體管、不會壞的**。所有這些和更多的理論上是可能的石墨烯。
三。納米磁邏輯
石墨烯和量子計算看起來很有前景，但納米磁體也是如此。納米磁鐵使用納米磁邏輯傳輸和計算數據。他們通過使用雙穩態磁化狀態來實現這一點，這種狀態通過光刻方式固定在電路的細胞結構上。
納米磁邏輯的工作原理與硅基晶體管相同，但不是通過打開和關閉晶體管來創建二進制代碼，而是通過磁化狀態的切換來實現這一點。利用偶極-偶極相互作用——每個磁鐵的南北極之間的相互作用——可以處理這種二進制信息。
因為納米磁邏輯不依賴電流，所以功耗非常低。考慮到環境因素，這使它們成為理想的替代品。
最有可能更換哪種硅片？
量子計算、石墨烯和納米磁邏輯都是很有前途的發展方向，各有優缺點。
不過，就目前領先的領域而言，是納米磁體。由於量子計算仍然只是石墨烯面臨的理論和實際問題，納米磁計算看起來是硅基電路最有希望的後繼者。
不過，還有很長的路要走。摩爾定律和硅基計算機芯片仍然是相關的，我們可能需要幾十年的時間才能找到替代品。到那時，誰知道會有什麼。可能的情況是，替代當前計算機芯片的技術尚未被發現。
- 發表於 2021-03-22 13:13
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