摩爾定律失效後 七項驅動計算性能指數級增長的創新方法和技術

摩爾定律失效後 七項驅動計算性能指數級增長的創新方法和技術

富比世發布文章稱,即便摩爾定律失效,矽晶片逼近物理和經濟成本上的極限,也還有其它的創新方法和技術繼續驅動計算性能的指數級增長,比如記憶體中運算、量子計算、分子電子學、神經形態計算等等。

以下是文章主要內容:

摩爾定律假定,微處理器的電晶體將每兩年翻一倍,它們的計算性能也隨之翻倍。自戈登 摩爾(Gordon Moore)1965年提出以來,該定律一直生效。不過近年來業界一直預測該定律即將失效。早在2000年,《麻省理工科技評論》就矽技術在大小和速度上的極限提出了警告。

實際上,摩爾定律並不算是定律。它更多的是自我實現的預言。摩爾並沒有將它描述成像地心引力或者動量守恆定律這樣的不變真理。他只是給我們設定了預期,而晶片廠商們相應地去兌現預期。

事實上,行業一直在尋找新方法來給更微小的晶片帶來更強的性能。遺憾的是,他們找不到方法來同步削減成本。 《快公司》(Fast Company)今年2月撰文指出,全球半導體行業不再基於每兩年實現性能翻倍的概念來製定矽晶片研發計劃,原因就是無力承擔跟上性能提升步伐所需購買的超複雜製造工具和製程成本。此外,當前的製造技術可能無法再像原來那樣大幅度縮小矽電晶體。

不管怎樣,電晶體都已經變得非常微小,以至於可能無法遵循通常的物理定律——這引發了它們還能夠在醫療設備或者核電站使用多久的疑問。

那麼,那意味著科技驅動的指數級變化時代即將走到盡頭了嗎?

不。

即便矽晶片正接近物理和經濟成本上的極限,也還有其它的方法繼續驅動計算性能的指數級增長,比如採用新材料來打造晶片和以新方式定義計算本身。目前已經出現了與電晶體速度無關的技術進步,如深度學習驅動的更加聰明的軟體,以及通過利用雲資源實現更強計算能力的技術。而這只是未來計算創新的冰山一角。

以下是有望驅動計算性能繼續飛速增長的幾項新興技術:

1.記憶體中計算。在整個計算史上,處理最緩慢的一部分就是從硬碟獲取數據。很多的處理性能都浪費在了等待數據到達上。相比之下,記憶體中計算則將大量的數據放在RAM(隨即存取記憶體),使得數據可以馬上在RAM中進行處理。結合新型的數據庫、分析技術和系統設計,它能夠大大提升性能和整體成本。

2.基於石墨烯的微晶片。石墨烯為一個分子那麼厚,導電性能比任何其它人類已知的材料都要強。它能夠捲入到微小的管子中,也能夠結合其它材料使用,能夠在更小的空間裡驅動電子以更快的速度運動。它在這方面甚至要勝過最下的矽電晶體。這將會將針對微處理器的摩爾定律的適用時間再延長幾年。

3.量子計算。普通計算機中的2位暫存器在某一時間僅能存儲4個二進制數(00、01、10、11)中的一個,而量子計算機中的2位量子位(qubit)暫存器可同時存儲這四個數,因為每一個量子比特可表示兩個值。理論上,量子計算機將能夠以數百萬倍於當前技術的速度解決各類非常複雜的問題,如分析基因數據或者測試飛機系統。Google研究人員去年宣布,他們已經開發了一種新的量子比特方式來檢測和防範錯誤。

4.分子電子學。瑞典隆德大學研究人員利用奈米技術打造了“生物計算機”,通過沿著奈米觀人工路徑同時移動多個蛋白絲,該款計算機能夠進行平行計算。這種生物計算機比循序運行的傳統電子計算機更加快速,且節能99%,製造和使用成本也低於傳統計算機和量子計算機。它進行商用的時間可能也將早於量子計算機。

5.DNA數據存儲。將數據轉換成base 4,你就可以將它編碼到合成DNA上。為什麼要那麼做呢?很簡單:一點點DNA就可以存儲一大堆數據。事實上,有瑞士研究團隊估計,一茶匙的DNA可以容納人類迄今為止所產生的所有數據,從最早期的洞穴壁畫,再到昨天的Facebook動態更新。這種技術目前需要耗費大量的時間和資金,不過基因編輯或許是大數據的未來:Futurism最近報導稱,微軟正在研究利用合成DNA來進行安全的長期數據存儲,已經能夠編碼和恢復100%的初始測試數據。

6.神經形態計算。神經形態計算技術的目標是,打造一款像人腦那樣的計算機——處理和學習數據的速度能夠跟生成數據一樣快速。到目前為止,業界已經開發出能夠通過訓練和執行神經網絡來進行深度學習的晶片,那是往正確方向邁出的一步。例如,General Vision的神經形態晶片包含1024個神經元,每一個都是基於SRAM(靜態隨機存儲器)的256 Byte存儲器,且有3000個邏輯閘,所有的神經元都互相連接,平行運行。

7.無源Wi-Fi(Passive Wi-fi)。華盛頓大學的一個電腦科學家和電氣工程師團隊開發了一種耗能比目前的電耗標準少1萬倍的Wi-Fi傳輸生成方式。雖然這嚴格來說不算是計算性能的提升,但它是網路連接性的指數級增長,將會使能其它技術的進步。無源Wi-Fi被《麻省理工科技評論》列入2016年的十大突破性技術,它將不僅僅可以節省電耗,還能夠使能最低耗能的物聯網,讓更多之前非常耗電的設備第一次能夠通過Wi-Fi連接網路,還有可能會催生新型的通訊方式。

雖然我們可能在接近矽晶片的性能極限,但技術本身讓在加速發展。要阻止它成為現代生活的驅動力是不大可能的。隨著新計算技術推動機器人、人工智慧、虛擬實境、奈米技術以及其它震驚世界的進步超越當前被公認的極限,它的影響力將只會有增無減。

簡單來說,計算的指數級增長或許無法永遠持續下去,但它的盡頭仍比我們想像的要遙遠得多。

 

出處:網易科技

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