摩爾定律消退后 計算機行業(yè)將如何發(fā)展？

　　(6)自旋晶體管

　　對于這方面來(lái)說(shuō)，他最傾向的候選對象是所謂的 “自旋電子學(xué)”。電子系使用一個(gè)電子的電荷來(lái)代表信息，自旋電子學(xué)使用 “旋轉”，這是電子的另一個(gè)固有屬性，并且和物體擁有的轉動(dòng)能量相關(guān)聯(lián)。它很有用，旋轉有兩個(gè)變化：向上和向下，它可以用來(lái)表示 1 和 0。計算機行業(yè)對自旋電子學(xué)已經(jīng)有了一些經(jīng)驗：例如它是硬盤(pán)里的應用。

　　對自旋晶體管的研究已經(jīng)超過(guò)了 15 年，但是迄今為止還沒(méi)有投入生產(chǎn)。難做的是，驅動(dòng)它所需的電壓是非常微小的：10-20 毫伏，相比常規的晶體管要少數百倍，這可以解決熱量的問(wèn)題。但是這也帶來(lái)了設計的問(wèn)題， Yeric 說(shuō)道。有著(zhù)這種分鐘電壓，在電子噪音中區分 1 和 0，變得非常棘手。

　　“在實(shí)驗室里建造一個(gè)新奇的晶體管，是相對而言比較容易的事情，” 分析師 Linley Gwennap 說(shuō)道?！暗且〈覀兘裉煺谧龅氖虑?，你需要在一個(gè)芯片上投入數十億美元，需要有合理的成本，以及非常高的可靠性，而且幾乎要沒(méi)有任何缺陷。我不會(huì )說(shuō)著(zhù)無(wú)法做到，但這是非常困難的?！?這也讓尋找其他的辦法制作更好的計算機，變得十分重要。

　　三、從現有晶體管尋找出路

　　嚴格的說(shuō)，摩爾定律是關(guān)于越來(lái)越多數目的組件，可以被整合進(jìn)一個(gè)給定的設備中。更一般的說(shuō)，計算機總是變得越來(lái)越好。隨著(zhù)晶體管變得越來(lái)越難以縮小，計算公司開(kāi)始考慮更好的利用已有的晶體管設備?！斑^(guò)去管理者們不希望在密集設計上投入過(guò)多，” ARM 的 Greg Yeric 說(shuō)道：“我認為這將會(huì )開(kāi)始發(fā)生變化?！?/p>

　　一種方法是：讓現有的芯片工作強度更大。電腦芯片有一個(gè)主時(shí)鐘，每次它滴答的時(shí)候，里面的晶體管就會(huì )進(jìn)行開(kāi)、關(guān)動(dòng)作。更快的時(shí)鐘，意味著(zhù)更快的執行指令。提高時(shí)鐘速率已經(jīng)使得芯片在過(guò)去的 40 年里變得更快的主要途徑。但是，在過(guò)去的 10 年里，時(shí)鐘速率幾乎沒(méi)有變化。

　　(7)多核芯片

　　芯片制造商通過(guò)使用額外的晶體管，壓縮以復制芯片已有的線(xiàn)路作為回應。這種 “多核心” 芯片，把一些比較慢的處理器捆綁起來(lái)，要比單純依靠單一的快速處理器表現的要更好。大多數現代的臺式計算機是 4 到 8 核，有的甚至有 16 個(gè)核。

　　但是，正如業(yè)內人士發(fā)現的，多核芯片的速度達到了限制?！按蠹乙恢抡J為，如果我們繼續這樣做，如果我們的芯片有 1000 個(gè)核，那么一切都會(huì )好起來(lái)的?！?微軟芯片設計專(zhuān)家 Doug Burger 說(shuō)道。但是，要獲得最佳的芯片，程序員們不得不把任務(wù)人分解成小塊，讓它們可以同時(shí)工作?！笆聦?shí)證明，這真的很難?！?Burger 博士說(shuō)。實(shí)際上，對于一些數學(xué)任務(wù)而言，這是不可能的事。

　　(8)特制芯片

　　另一種方法是專(zhuān)攻。使用最廣泛的芯片，例如 Intel’ s Core 產(chǎn)品線(xiàn)，或者那些基于 ARM’ s Cortex 設計的芯片(在地球上幾乎所有的手機都能找到)都是多面手，它們具有很強的靈活性。不過(guò)這是有代價(jià)的：它們可以做一切事情，但沒(méi)有一件事情能做的完美。調整硬件，讓它更好的適用于特別的數學(xué)任務(wù)，可以讓你在解決一般性的任務(wù)時(shí)，有著(zhù) 100 到 1000 倍的提升。Intel’ s Pentium 芯片的設計者 Bob Colwell 說(shuō)。

　　專(zhuān)門(mén)特制的芯片已經(jīng)在計算行業(yè)的一些領(lǐng)域中得到使用。最著(zhù)名的例子是用來(lái)提高視頻游戲視覺(jué)效果的顯卡，由 Nvidia 和 AMD 之類(lèi)的公司所設計，在 1990年 代中期嶄露頭角。英特爾后來(lái)的奔騰芯片也有為一些任務(wù)(比如視頻解碼)設計內置的特制邏輯。但這正也有缺點(diǎn)。

　　設計新的芯片需要數年的時(shí)間，研發(fā)成本可能高達數千萬(wàn)甚至數億美元。特制芯片也比通用用途的芯片更難編程。并且，由于天性使然，它們只能提升某些任務(wù)上的性能表現。

　　特制邏輯更好的目標對象——至少在一開(kāi)始的時(shí)候——可能是數據中心，這些需要龐大計算力的倉庫為運行互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器提供著(zhù)動(dòng)力。

　　由于數據中心處理著(zhù)海量的數據，它們可能永遠都需要一塊只能做一件事、但做得非常好的芯片。

　　基于這個(gè)原因，微軟——全球最大的軟件公司和云計算服務(wù)供應商之一——正在投資芯片設計業(yè)務(wù)。2014年，微軟公布了一臺名為 Catapult 的新設備，它使用了一種叫做現場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列(FPGA)的特殊芯片，這種芯片的設置可以隨心所欲地進(jìn)行調整。FPGA 提供了一種介于特制和靈活之間的折中，非常實(shí)用，帶領(lǐng) Catapult 研發(fā)團隊的 Burger 說(shuō)道：“這是想要在可編程的軟件以外也有可編程的硬件”。當一個(gè)任務(wù)結束以后，FPGA 可以在不到 1 秒內被重新調整到符合另一個(gè)任務(wù)的設置。

　　這種芯片已經(jīng)被微軟的搜索引擎 Bing 所使用，微軟表示，FPGA 使服務(wù)器在給定時(shí)間里能處理的請求數量翻了一倍。除此之外，也有許多其他的潛在應用，Peter Lee 這樣說(shuō)道，他是 Burger 在微軟的頂頭上司。當某種特定的算法需要被反復應用在數據流上時(shí)，FPGA 脫穎而出。一種可能性是用 Catapult 來(lái)加密計算機之間的數據流以確保它們的安全性。另一種可能性是將它用在云端互聯(lián)手機的語(yǔ)音識別和圖像識別任務(wù)上。

　　這種技術(shù)不是全新的，但是直到現在才找到使用它的理由。全新的是 “云端正在以讓人瞠目的速度增長(cháng)，” Burger 說(shuō)道，“現在摩爾定律正在不斷放緩，這使得越來(lái)越難以增加足夠的計算力來(lái)與云端相匹配。所以這類(lèi)后摩爾時(shí)代的項目開(kāi)始變得有經(jīng)濟意義?！?/p>