2010年9月6日 星期一

現代電腦的發展限制 & 展望

其實很多人也都知道最大的限制在那裡:物理限制。沒錯,就是這個,它嚴重的限制住科技的進展。我認為,就算摩爾定律在有能力發展,到了22nm或是16nm時就會撞上物理之牆,也就是熱量、供電等問題。

首先,摩爾定律是否能繼續驅動電腦工業的進步?這很難說,就已事實來說,Intel或AMD的合作晶圓廠GF都為了先進製程投資了數十億美元甚至百億美元,然而出來的東西卻好像也不怎麼樣,是吧?看看這兩大廠的東西的耗電量很少低於1瓦的,除了Atom。總之,從45nm到32nm所降低的耗電量也不到哪裡去,我常幻想某天在NOVA會看到供電僅需水銀電池就可驅動的CPU,不過好像不會在我有生之年出現吧。那耗電量一職降不下來的原因我認為有二,一是電晶體的數量仍持續在增長,就算每個電晶體的耗電都有下降,可是像i7那種上面配有1~2億的大怪物就不一樣了。因此,若沒有人想出能用一顆電晶體做到兩顆電晶體的技術,耗電量要降下來也很難,能做的就是去更改指令集的配置及內部的電路設計來降低耗電量。

其二是材料的物理限制,當電路技術到32nm時,內部的電線長度可以拉到幾公里長,就如同我們身體的血管一樣。同理,我們體內內的紅血球要讓身體一趟都要花上不少時間,而電子雖然移動的速度是光速,但仍受限於距離的問題。因此這又牽涉到內部的電路設計,但是我想說的是電阻的問題。電阻永遠是耗電量的殺手,若室溫的超導體能成功做出來,那我想不單可用在CPU上,各方面都可因超導體而省下龐大的電量。但是,就是還沒做出來而已。

這物理限制是需要各問先進來解決的,但是我仍有一個想法。前面說到一個矽晶片上的電線極長,除了絞盡腦汁縮短距離,還有有甚麼方法?我認為《機械公敵》這部片給了我很多想法,未來的機器人的電子大腦將是以有機的材料製作,就是我在電影上看到的黏稠的大腦。我認為這很有意思。這樣不管是甚麼運算單位就可以在那液體中遊走,完全不受電路板的二維空間限制。舉例來說,這電子大腦要常常計算小數的東西,而又要常常向儲存裝置要資料來做運算,這時候就可以讓這兩個單元靠在一起,甚至融合,因此也減少了內部的傳輸距離。當然,這也是很難的。

 那現今都沒人達成上述說的那該怎麼辦?我認為最好的解決方法就是維持現今的技術不動,先去做好電路設計。畢竟一個先進製程要數十億美元,若能改善電路設計部是比較快嗎?就像是一部車的設計,我可以依現今的工業技術及更佳的內部設計來做出更快、更省油的車子,這不是更簡單嗎?

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