如果我们的电子产品想要变得更小更快，就须要技能上的进步。
图片来源：英特尔
我们生活在一个由打算机电路驱动的天下。当代生活依赖于半导体芯片和硅基集成电路上的晶体管，它们可以开关电子旗子暗记。大多数晶体管利用丰富而廉价的硅元素，由于它既可以阻挡也可以许可电流流动，它既是绝缘体又是半导体。
直到最近，挤压在硅芯片上的微型晶体管每年的体积都缩小一半。它造就了当代数字时期，但这个时期即将结束。随着物联网、人工智能、机器人技能、自动驾驶汽车、5G和6G手机这些打算密集型事情的问世，科技的未来岌岌可危。那么接下来会发生什么呢?
什么是摩尔定律？
摩尔定律是打算能力的指数增长。早在1965年，英特尔联合创始人戈登·摩尔就不雅观察到，一英寸打算机芯片上的晶体管数量每年翻一番，而本钱则减半。现在，这个韶光是18个月，而且越来越长。事实上，摩尔定律不是定律，只是一个为芯片制造商事情的人的不雅观察结果，但增长的韶光意味着未来的密集打算运用可能受到威胁。
一部智好手机包含超过2000亿个晶体管。资料来源：CC0 Creative Commons
摩尔定律已去世？
没有，但是速率太慢了，硅芯片须要帮助。英国半导体运用公司Catapult的首席实行官Stephen Doran说：“在越来越多的须要提高速率、减少延迟和光检测的运用中，硅正在达到其性能的极限。”
然而，他认为现在评论辩论硅的替代物还为时过早。他补充称：“这意味着硅将被完备取代，这在短期内不太可能发生，很可能永久不会发生。”
Imagination Technologies营销传播副总裁David Harold表示：“至少在2025年之前，摩尔定律式的古迹提升仍有潜力。直到20世纪40年代，硅仍将主导芯片市场。”
打算机的第二个时期即将到来
仔细研究硅晶体管问题非常主要；作为一个观点，它并没有“去世亡”，但是它已经超过了它的顶峰。Rambus内存和接口部门首席科学家Craig Hampel表示：“摩尔定律专门指的是由半导系统编制造的集成电路的性能，而且只记录了过去50多年的打算。”
这场超越硅的竞赛正在进行。 图片来源：英特尔
“人类对打算需求的增长趋势可追溯到算盘、机器打算器和真空管，并可能远远超出半导体（如硅），包括超导体和量子力学。”
超越硅是一个问题，由于未来的打算设备将须要更加强大和灵巧。Harold说：“日益增加的打算问题是，未来的系统将须要学习温柔应新的信息。它们必须‘像大脑一样’。再加上芯片制造技能的转型，它们将为打算创造革命性的第二个时期。”
什么是冷打算？
一些研究职员正在研究用更少的能量得到高性能打算机的新方法。“数据中央或超级打算机的冷运行可以带来显著的性能、功耗和本钱上风。”Hampel说。
微软的Natick项目便是一个例子，作为该项目的一部分，一个巨大的数据中央沉入了苏格兰奥克尼群岛海岸，但这只是一小步。进一步降落温度意味着泄电流更少，晶体管开关的阈值电压更低。
作为Natick项目的一部分，微软在大泰西沉入了一个数据中央。 图片来源：微软
Hampel说：“它减少了延伸摩尔定律的一些寻衅。”他补充说，对付这些类型的系统来说，自然的操作温度是77K（-270℃）的液氮。“大气中含有丰富的氮，以液态形式网络相对便宜，而且是一种有效的冷却介质。我们希望，在内存性能和功耗方面，或许能再延长4~10年的韶光。”
什么是化合物半导体？
下一代半导体由两种或两种以上的元素组成，这些元素的特性使它们比硅更快、效率更高。这是“机会”，它们已经在利用，并将有助于创建5G和6G手机。
Doran说：“化合物半导体结合了元素周期表中的两种或多种元素，例如镓和氮，形成氮化镓。”他阐明说，这些材料在速率、延迟、光检测和发射等方面都优于硅，这将有助于实现5G和自动驾驶汽车等运用。
化合物半导体将进入5G手机。 图片来源：AT&T
只管它们可能与普通硅芯片一起利用，但化合物半导体将进入5G和6G手机，实质上使它们足够快、足够小，同时还具有良好的电池寿命。
Doran说：“化合物半导体的涌现改变了游戏规则，它有潜力带来变革，就像互联网变革通讯领域一样。”这是由于，化合物半导体的速率可能比硅快100倍，因此可以为物联网增长带来的器件激增供应动力。
什么是量子打算？
当你可以拥有量子天下的叠加和纠缠征象时，谁还须要经典打算机系统的开关状态呢？IBM、谷歌、英特尔和其他公司都在竞响应用量子比特（又称“qubits”）来制造具有强大处理能力的量子打算机，其处理能力远远超过硅晶体管。
问题是，在实现量子打算的潜力之前，量子物理学家和打算机架构师要实现许多打破，有一个大略的测试，量子打算界的一些人认为，在量子打算机问世之前，须要知足他们的哀求：“量子至上”。
Hampel表示：“这只是意味着，在摩尔定律的道路上，量子机器比传统半导体处理器更善于完成特定的任务。”到目前为止，实现这一目标仍旧遥不可及。
英特尔在做什么？
由于英特尔是制造硅晶体管的先驱，因此英特尔在硅基量子打算研究方面投入巨资也就不足为奇了。
英特尔发卖与营销集团副总裁兼英国区总经理Adrian Criddle表示：“除了投资扩大须要在极低温度下存储的超导量子比特外，英特尔还在研究一种替代方法。替代架构基于‘自旋量子比特’，在硅片中运行。”
自旋量子比特利用微波脉冲来掌握硅基器件上单个电子的自旋，英特尔最近在其最新的“天下最小的量子芯片”上利用了自旋量子比特。至关主要的是，它利用硅和现有的商业制造方法。
英特尔的自旋量子比特。 图片来源：Walden Kirsch /英特尔公司
Criddle阐明说：“自旋量子比特可以战胜超导方法带来的一些寻衅，由于它们的物理尺寸更小，更随意马虎微缩，而且可以在更高的温度下事情。更主要的是，自旋量子比特处理器的设计类似于传统的硅晶体管技能。”
然而，英特尔的自旋量子比特系统仍旧只能靠近绝对零度；冷打算将与量子打算机的发展密切干系。与此同时，IBM有一个50比特的处理器Q，而谷歌量子AI实验室有72比特的Bristlecone处理器。
石墨烯和碳纳米管怎么样？
这些所谓的神奇材料有朝一日可能会取代硅。Doran说：“它们现有的电气、机器和热学特性远远超出了硅基器件所能达到的水平。”然而他警告说，可能须要很多年才能准备好欢迎黄金时期。
他说：“硅基器件经由了几十年的改进，并随着干系制造技能的发展而发展。石墨烯和碳纳米管仍处于这一起程的出发点，如果它们要在未来取代硅，实现这一目标所需的制造工具仍旧须要开拓。”
石墨烯墨水有一天可能取代硅。 图片来源：Jamie Carter
原子时期
无论其他材料的前景如何，我们现在正处于原子时期。Harold说：“每个人都在考虑原子。我们的进展现在已经到了单个原子计数的阶段，乃至存储正在探求在原子水平上事情的方法——IBM已经展示了在单个原子上存储数据的可能路子。”本日，创建1或0，即用来存储数据的二进制数字，须要10万个原子。
然而，这里有一个问题。Harold补充说：“作为存储或传输信息的手段，原子实质上不太稳定，这意味着须要更多的逻辑来纠正缺点。”因此，未来的打算机系统很可能是各种技能的叠加，每一种技能都是为了填补另一种技能的缺陷。
因此，没有哪个答案可以将硅的寿命延长到下一个打算时期。化合物半导体、量子打算和冷打算都有可能在研发中发挥主要浸染。打算机的未来很可能会涌现机器的层级构造，但到目前为止，没有人知道来日诰日的打算机会是什么样子。
Hampel表示：“虽然摩尔定律将会闭幕，但指数打算能力的长期和持久趋势很可能不会闭幕。”
