@ 2015.04.21 , 08:55

硅,硅谷的那个硅

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都柏林的技术中心被称为“硅港区”(Silicon Docks),不过这里的硅并不是指类金属元素,而是新型的计算机技术材料。

它的名字是从硅谷开始的,后来被冠以“硅山”(Silicon Hills)之名,最后演变称现在的硅港区。虽然硅这个元素可能和时间一样古老,但至今仍然是很重要的材料,因为它被用作电脑材料已经长达半个世纪之久。

科技世界的东西瞬息万变,被破坏的速率也在跨着大步加快。所以用“硅”来给一个地方命名是否过于目光短浅?的确,硅谷是信息界的圣地,可是当这个材料被淘汰之后会发生什么?所有的什么谷、山、港区什么的会不会无法在突然一下的变化中找到自己的路?

摩尔定律之死?

这听起来可能很愚蠢,但是硅在电脑芯片制造业的垄断地位确实可能随着摩尔定律的放缓而衰落。

摩尔定律是英特尔联合创始人Gordon Moore在1965年观察之后得出的理论。他预测说,在电脑硬件历史上,集成电路中三极管的数量可能会每两年里翻个倍。而高纯度的硅正是集成电路的一个重要耗材。爱尔兰国立大学工程学院Fearghal Morgan博士说:“这让芯片性能持续增强。”

换句话说,集成电路的三极管月便越多就意味着技术的不断革新,电脑的运行变得越来越快越来越好,由此使得性能越来越强。我们在日常的科技小配件中经常看到这样的现象,但现在它的速度慢了下来。

目前,三极管的密度仍然在变大,但速度却放慢了。据一份研究报告,1990年每18个月三极管数量就要翻一倍,而到2015年要24个月才翻倍。可能随着一代的时间过去,三极管的密度可能要慢到36个月翻一倍最终完全止步。

我们无法确切预知它到底什么时候会发生,但有人预测在2030年小到只有5纳米(大约只有10个硅原子的空间)的时候就不得不停止了。

Morgan说:“会产生这样的结果一时因为现代高密度芯片的需求增加,二是需要散热。有一个词叫‘黑硅’,指的是不能同时运行所有电路,因为功耗问题。有点像一个带散热器的超跑不能在最大速度的时候冷却发动机。”

如《Hacking the Xbox: an Introduction to Reverse Engineering》的作者Andrew Huang所说:“在可预见的未来某一天,你将不能在第二年买到更好的电脑。你下一年买的U盘的价格和存储数据一样没有更换的必要,你将不再期待下一款更强大的手机。”

机遇

当然,如果你认为一个强大而且有利可图的硅芯片制造最后只能坐以待毙那就太天真了。这也是机会,能带来真正的革新,尤其是工业界与学术界的联系在一天天变密切。所以现在是工程师的比赛,他们要想出能与摩尔定律匹配甚至能取代它的改进办法。Morgan说:“企业与研究人员一直在寻找其他的解决方案来跟踪摩尔定律的轨迹,比如平行系统。因特尔的多核技术指出多处理器,每一个处理器都同时运作并在需要时与其他处理器相互沟通。程序员们现在更多地考虑、利用平行代码,而不会一来与单一的处理器来一步一步完成每个任务,这种变成风格很复杂。”

德州高性能计算中心(Texas Advanced Computing Centre,TACC)的高性能计算主任Bill Barth认为,芯片开发最大的问题是经济问题。他说:“每个人都在想方设法寻找最便宜的办法来制造计算机芯片,用小功率来让电脑运行更快。这是过去50年里硅研究的目标,并将继续下去。有些研究不仅局限于硅,还包括其他材料比如石墨烯。我们在过去的几年里已经看到了计算机芯片的许多进步,所以这只是给硬件制造商的另一个机会。但也有代价,为了制造更好的芯片,制造商不得不投钱进行战略性研发。”

选择

谁/什么会拯救我们?纳米技术可能会引入一些新的、令人兴奋的高性能的东西,一些低功耗、体积更小的设备。

除了石墨烯还有几个潜在的能替代硅的物质研究,比如美国西南研究院对两种新型材料的研究:激子的凝结和半导体自旋电子学。

另一个试图追踪摩尔定律的先驱队伍是对一个单封装的芯片里的单个硅分离出来,再进行三维堆积。半导体制造公司结合不同类型的芯片制造技术,在单个芯片上构造一个完整的系统,而这在过去需要用几个独立的芯片来制造。

硅的未来式不确定的,所以也许爱尔兰的公司应该考虑把“硅港区”换成更加灵活的名称,比如某某()港区,这样在现代技术突然心血来潮发现了一个新的元素就可以直接插入使用了。

本文译自 IrishTimes,由译者 小笨 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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