《終結者》里的液態(tài)金屬，是否會(huì )掀起一場(chǎng)“芯片革命”？

　　提起液態(tài)金屬，大家會(huì )想到什么?可能果粉會(huì )想到經(jīng)常傳說(shuō)在下一代iPhone中使用的黑科技，硬件愛(ài)好者可能會(huì )想到散熱器。但更多人估計會(huì )第一時(shí)間聯(lián)想到《終結者2》里的反派T-1000。

　　電影里這哥們的身體就是液態(tài)金屬做的，可以隨便改變形狀，受傷了能自我修復——當然最后還是被老州長(cháng)干掉了。

　　那么提起芯片，我們會(huì )想到什么呢?估計最近大家對它的聯(lián)想都是這樣的：這東西我們好像造不出來(lái)……

　　這沒(méi)什么可大驚小怪的，要知道一枚并不大的芯片，是建立在整個(gè)半導體革命，和背后工程學(xué)、材料學(xué)、計算機科技、精密工業(yè)等技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)鏈之上的。

　　歐美國家用幾十年完成了這場(chǎng)變革，并且不斷加強信息和技術(shù)封鎖。這種情況下中國想要短時(shí)間內掌握這門(mén)核心技術(shù)顯然不可能。即使奮起直追，也需要漫長(cháng)的時(shí)間給予配合。

　　但是有沒(méi)有這樣一種可能：芯片本身的材料和工藝發(fā)生了翻天覆地的革命，新的材料和工藝讓大家重新回到同一個(gè)起跑線(xiàn)上?上面提到的T-1000身上那種可控制、可塑形，能夠自由在固態(tài)液態(tài)間轉化的金屬，說(shuō)不定就是這種可能性的開(kāi)關(guān)。

　　當然了，今天看來(lái)這還有點(diǎn)遠，但并不妨礙我們去了解一下科學(xué)界普遍看好的這場(chǎng)“芯片革命”。

　　已經(jīng)顯示出威力的可編程液態(tài)金屬

　　去年10月，英國薩塞克斯大學(xué)和斯旺西大學(xué)聯(lián)合公布了一項研究成果。研究人員對外展示了他們通過(guò)改變電場(chǎng)強度，讓液態(tài)金屬變身為各種二維形狀的技術(shù)。比如說(shuō)讓液態(tài)金屬給你比個(gè)心，變成各種字母什么的。

　　由于這項技術(shù)中，控制液體成型的電場(chǎng)由計算機產(chǎn)生，這就意味著(zhù)人類(lèi)已經(jīng)可以通過(guò)編程的方式來(lái)遠程控制液態(tài)金屬，并可以操縱它移動(dòng)。

　　之所以必須是液態(tài)金屬來(lái)接受編程控制，是因為相比于其他液體，液態(tài)金屬本身導電性非常好，適合通過(guò)電場(chǎng)激活其狀態(tài);而相比于普通固態(tài)金屬，液態(tài)金屬又具備非常強的流性，從而具備了編程可控性。

　　換句話(huà)說(shuō)，假如人類(lèi)想要一種可以極其精細、復雜改變形狀與移動(dòng)軌跡的位置，那么液態(tài)金屬近乎是唯一的選擇。

　　當然了，英國科學(xué)家們研究的可編程液態(tài)金屬目前只能在平面上移動(dòng)。想要像終結者那樣做出隨意變形的液體金屬機器人還不靠譜。

　　但即使這樣，也已經(jīng)給很多產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的想象空間。

　　比如軟體機器人的連接器、高強度的柔性顯示屏、像水滴一樣進(jìn)入體內的體驗機器人等等。但比起這些，可編程液態(tài)金屬真正引人遐思的地方，在于它可能是取代晶體管的最佳選擇。

　　造終結者不大可能，升級計算機有點(diǎn)靠譜

　　根據著(zhù)名的循馮·諾依曼體系，今天通行的計算機硬件系統由運算、存儲、控制、輸入、輸出五個(gè)部分構成。而構成這些信息運算部分的最基本原件，就是我們非常熟悉的晶體管。

　　無(wú)論是芯片還是其他運算設備，基本原理都是調整通過(guò)晶體管電壓的高低，來(lái)讓晶體管現實(shí)出1或者0，從而達成二進(jìn)制的經(jīng)典計算。極大數量的晶體管在集成電路上協(xié)同工作，就構成了最近咱們非常熟悉的那個(gè)詞：芯片。

　　由于以上工作機制，新上集成的晶體管數量越多，計算性能就會(huì )越好。

　　所以這幾十年人類(lèi)沒(méi)忙別的，就是在努力縮小晶體管的尺寸，提升單位面積中的晶體管數量。由于晶體管在不斷縮小、集成工藝越來(lái)越好，就出現了我們熟悉的“摩爾定律”。

　　于是問(wèn)題來(lái)了，那就是無(wú)論晶體管的大小，還是芯片制造工藝，都肯定是有盡頭的，甚至很多科學(xué)家認為這個(gè)盡頭已經(jīng)迫在眉睫。

　　但毫無(wú)疑問(wèn)，人類(lèi)對算力的呼喚是深不見(jiàn)底的。這個(gè)矛盾怎么解決呢?

　　一種思路是干脆咱們不要0和1經(jīng)典計算了，用量子糾纏的方式重新構建計算邏輯，這就是大名鼎鼎的量子計算。

　　但還有一種思路，是直接在計算原件上下手，從材料上突破算力的限制。這個(gè)思路上的方案有不少，但今天最接近應用也最具有長(cháng)期投資可能性的，就是編程液態(tài)金屬。

　　由于液態(tài)金屬具有很好的流動(dòng)性、表面張力和導電性、散熱性，可以說(shuō)是快速傳輸信號的理想材料。如果能夠通過(guò)電、溫度、磁場(chǎng)等條件來(lái)刺激液體金屬完成計算，那么很可能突破摩爾定律的限制，讓人類(lèi)的算力得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

　　這種可能性并不是僅僅停留在想象上，事實(shí)上，已經(jīng)有非常多實(shí)驗室和企業(yè)開(kāi)始以液態(tài)金屬為基礎，重新設計和開(kāi)發(fā)新型計算機。比如IBM著(zhù)名的類(lèi)腦計算項目REPCOOL超級計算機。就是通過(guò)模仿人類(lèi)大腦的信息傳輸和存儲機制，以液態(tài)金屬作為信息和能量的傳輸載體完成快速計算。

　　這個(gè)項目的預期，是到2030將一臺性能達到1 peaflop每秒的計算機，從今天一間教室那么大縮小到普通的臺式機的大小。而編程液態(tài)金屬，是這一切的先決條件。

　　淘汰晶體管的大革命

　　既然液態(tài)金屬是一種被廣泛看好的計算設備原件，那么一旦成熟起來(lái)，直接淘汰今天的晶體管和芯片并非沒(méi)有可能。

　　比如卡內基梅隆大學(xué)的非常知名的軟機械實(shí)驗室，就在開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)一種由銦和鎵為主要物質(zhì)的合成技術(shù)。其目的就是將計算單元轉化為液體，從而淘汰傳統晶體管。

　　等一下，怎么好像這么多事還都是外國人在干啊?

　　那就算成了我們不是又落后一大截?到時(shí)候搞個(gè)禁止出口液態(tài)金屬給我們不是更被動(dòng)?

　　萬(wàn)幸的是，在液態(tài)金屬編程這個(gè)今天還處在探索期的方向上，中國人并沒(méi)有落后世界。

　　國內最著(zhù)名的業(yè)態(tài)金屬研究部門(mén)，是中科院的劉靜教授團隊。很多液態(tài)金屬領(lǐng)域的突破，尤其是液態(tài)金屬編程和將液態(tài)金屬轉化為計算單元方面，今天都在由中國團隊主導完成。

　　比如劉靜團隊曾率先證實(shí)了可以借助溫度變化，讓液態(tài)金屬在固態(tài)液態(tài)間轉化，從而以電阻值的不同來(lái)達成經(jīng)典計算。

　　相比今天的芯片系統，液體金屬計算機至少有這樣幾個(gè)想象力：可以受到多種環(huán)境指令，同時(shí)完成復雜的并行計算，比傳統芯片又速度優(yōu)勢;液態(tài)有更好的散熱性，可以極大程度避免計算發(fā)熱問(wèn)題;能夠隨意改變形狀，做出來(lái)軟軟的芯片。

　　雖然這項技術(shù)尚有距離，但已經(jīng)為很多計算機科學(xué)的問(wèn)題指明了未來(lái)方向。其實(shí)芯片為軸心的計算機與半導體產(chǎn)業(yè)看似神秘，但其本身絕不是永恒的真理。各種各樣的科學(xué)突破都等在路上，說(shuō)不定哪天就給你來(lái)個(gè)“農民起義”。

　　而最重要的是，下一次計算迭代，中國極大概率會(huì )是重要的參與者，甚至推動(dòng)者。