智慧物流园区解决方案:计算机的发展展望！

计算机未来

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[作者:邓心安编译]
[发布时间:20010814]
[来源:科技计划译丛，2001年第2期]

引言：终有一天，驱动信息时代计算机功能的不断翻番将告停止，那么其后将会是什么情景呢？
整个国家经济命运和繁荣也许依靠在这样一个问题之上：基于硅片的计算机技术在2020年后会继续遵守摩尔定律（MooresLaw）吗？1965年，也就是在与BobNoyce共同创立英特尔公司3年前，GordonMoored在《电子》杂志上发表文章指出，每一块芯片上的电路数量将每年翻一番，后来他将每一年修正为18-24个月。这不意成为了一个神奇的预言，该预言在几十年的计算机发展无数的产品周期中得到了非常准确的验证，这就是所谓的摩尔定律。摩尔定律是推动巨大产业的发动机。这正是儿童们认为他们与生俱来就应该在每个圣诞节得到电脑游戏软件的理由所在，同时这一新的软件能力几乎是去年圣诞节礼物的软件能力的二倍。这也正是你能够收到电子音乐生日贺卡而后又可能轻易丢弃的理由，然而你可曾想到，该卡所含芯片的处理能力超过了二战中所有盟军计算机功能的总和。
摩尔定律的秘密就是，芯片制造商将嵌入每一块手指甲大小的芯片的晶体管数目每18个月翻一番。这是通过紫外线光刻晶片微槽的方法取得的。奔腾芯片一个典型的线宽现已达到人头发丝的1/500；绝缘层的厚度也仅有25个原子厚度。
然而，物理法则预示着这种双倍增长不可能永远继续下去。如此不断翻番地发展下去，晶体管最终会达到如此之小，以致于硅片器件将接近分子大小。在如此难以置信的短小距离内，异乎寻常的量子力学效应将会出现，允许电子跨越空间跃迁。打个比方来说，就象水从泄露的水龙管中喷出而不再经过管道一样，电子也会从原子大小的线路和绝缘体射出，从而导致短路。
几十年来计算机灾难预言者就一直在预言摩尔定律的消亡。物理学家CarverMead反驳道，"这些杞人忧天的说法不过是老生常谈而已。"但他也承认，到2014年，物理法则可能会产生最终的作用。晶体管器件正很快接近极限点，即晶体管器件宽度达到0.1微米，绝缘层仅有几个原子的厚度。去年英特尔公司工程师PaulPackan在《科学》杂志上警示人们，摩尔定律将会崩坍。他写道："目前尚未找到解决这些问题的办法。"
但是，努力的方向还是知道的。搜寻硅片的后继者已演变成为一场竞赛，这是计算机界的一种神圣荣誉。可以宣称：物理学家们创建下一世纪"硅"谷的步伐已铿锵迈出。
下面就是正在探索中的4种理论设计方案：
1．光子计算机
这种计算机用激光束取代电流。与用电路传递数据不同，光子计算机（theOpticalComputer）用的是光束，光束可以相互交叉穿越，从而使三维微处埋器成为可能。单个光子晶体管已经被发明出来，但其器件仍然非常粗大笨拙。要做到具有目前台式计算机功能那样的光子计算机，其体积足以大到如轿车一般。
2．DNA计算机
这是正在探寻的一种最为精巧的设计方案之一。它把双螺旋结构的分子作为一种生物计算机磁带，用DNA来进行计算。它用4个核酸来取代电子计算机二进制编码用的0和1，分别用A，T，C，G表示。该方法具有处理海量数字的潜力，因而大的银行和研究所将来可能乐于采用。但是，因由装有有机液体的一系列管子组成，因而，DNA计算机（theDNAComputer）是一个笨重的奇妙装置，近期内不可能取代笔记本电脑。
3．分子计算机和点计算机
其它奇妙的设计方案还包括分子计算机（theMolecularComputer）和点计算机（theQuantumDotComputer）。它们分别用单个分子和单个电子（electron）来取代硅晶体管。但是，这些方法面临着难以克服的技术障碍，诸如如何大量生产原子线路和绝缘体等。目前任何看得见的实验机尚未问世。
4．量子计算机
未来计算机探索竞赛中出现的最大一匹黑马当非量子计算机（theQuantumComputer）莫属。它有时被誉为顶级计算机。这一设计思想是通过控制激光或电磁波，使之指向精心设计的原子核聚簇，其中每一个原子核就象一个陀螺一样旋转。当光束从原子碰撞弹回的同时，对部分原子的自旋起到抽陀螺效应。通过分析这些原子自旋的抽陀螺机制，可以进行复杂的计算。
美国知识产权局正在密切关注这些新的设计。量子计算机尤其引人注目，它可望能够破译中央情报局编制的最复杂的密码。这当然并不是说，量子计算机很快就会出现在某一实验室，并能很快使中央情报局随时陷于瘫痪。量子计算机看起来非常精致敏感，最小的扰动？那怕是掠过一丝宇宙射线，也能改变计算原子的方向，从而破坏计算过程。目前，量子计算机仅能够执行也许是五个原子的简单计算（另据2000年8月18日焦点网www.focus．com.cn报道，IBM公司等联合研制出世界上最先进的量子电脑。这种电脑使用为5个原子作为处理器和内存，证实为5个原子-－译者注）。若要做实用的计算工作，也许需要基于数百万个原子的计算。显然，以上这些设计都尚未接近于应用。它们大多还只是处在草图阶段。即使有些方案有了实验机，但相对于目前硅片计算机的方便和效率而言，它们仍显得十分粗糙。
事物总有两面性。假定摩尔定律某种程度上继续发挥作用，那么估计到2050年我们的计算机将能进行每秒500万亿比特的计算。那时就会象RayKurzweil所预料的，计算机将比我们人类更聪明。进化论告诉我们，一种生物总是被具有更优适应性的物种替代。当我们的机器人疏于听从人类的指令时，如果我们还算幸运的话，它们也许比我们曾经施于其它物种的思惠更加同情我们；要么，把我们人类送到动物园，关在笼子里，让我们表演，并对我们投以开心果什么的。
或许摩尔定律的崩坍并不是一件什么坏事。如果以上奇妙的设计都不会成功，我们的计算机将不会在每一个圣诞节不断地自动增强它的功能，这种损失也许是我们为自由而付出的小小代价而已，否则我们就恐怕会因为以上计算机功能的强大而失去人身的自由了。