惠普納米技術(shù)延長摩爾定律壽命

很多人都認(rèn)為摩爾定律已經(jīng)走到了盡頭，但是它卻總是能在別人認(rèn)為“山窮水盡”的時(shí)候，迎來又一次的“柳暗花明”。

惠普高級院士兼加州Palo Alto惠普實(shí)驗(yàn)室量子科研小組主任Stan Williams

“人類真正的計(jì)算時(shí)代還沒有開始。”6月5日，惠普高級院士（Senior Fellow）兼加州Palo Alto惠普實(shí)驗(yàn)室量子科研（Quantum Science Research，QSR）小組主任Stan Williams在展示其最新研究成果時(shí)，驕傲地告訴記者，而這也是他和整個(gè)QSR小組的口號。“在未來，一個(gè)小小的手機(jī)就比現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大。那時(shí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，以及人機(jī)交互的智能化水平，與現(xiàn)在相比至少要提高一萬倍。”

架構(gòu)設(shè)計(jì)別出心裁

據(jù)Stan介紹，根據(jù)現(xiàn)有的工藝，在單位面積上集成晶體管電路幾乎已經(jīng)達(dá)到了現(xiàn)有半導(dǎo)體材料的極限，如果再一味地專注于將晶體管做小，那么半導(dǎo)體材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，而摩爾定律也將不可避免地與物理學(xué)法則發(fā)生沖突，很快就會走到盡頭。因此，Stan和他的量子科研小組成員提出了一套采用納米技術(shù)的獨(dú)特方案，能夠大大延長摩爾定律的壽命。

QSR提出了一個(gè)獨(dú)特的體系構(gòu)架交叉矩陣（Crossbar Array），把原來處在同一水平面的連接線和邏輯單元在一個(gè)三維的角度來解決。具體來說，就是把連接線都去掉，把邏輯單元都“擠”在一起，再用波導(dǎo)管，也就是光來替代傳統(tǒng)的金屬連接線。這樣做的好處，是在單位面積內(nèi)的邏輯更緊密。另外，光傳遞信息不會損耗能量，而且電子也容易控制，因此功率可以減少許多。與此同時(shí)，由于邏輯單元的距離更近，計(jì)算速度也大大提高了。“從微觀的角度來說，我的愿景是在將來能夠把光子和電子有機(jī)結(jié)合，光子用來傳送信息，電子用來計(jì)算。”Stan這樣表示。

芯片技術(shù)遙遙領(lǐng)先

Stan向記者展示了一張通過原子顯微鏡拍攝的隨機(jī)存儲器的照片。“這個(gè)存儲器的每一個(gè)存儲單元都比世界上最小的細(xì)菌還小，它的存儲密度是每平方厘米100GB。”Stan告訴記者，由于每個(gè)存儲單元都很小，因此有些單元可能會出現(xiàn)故障。為了保證存儲單元的可靠性，Stan和他領(lǐng)導(dǎo)的小組采用的辦法是用一個(gè)額外的單元再加上一個(gè)數(shù)學(xué)理論技術(shù)，來支持和保證它“又密又便宜又可靠”地進(jìn)行存儲。“這個(gè)存儲器技術(shù)實(shí)際上很像我們所說的印刷技術(shù)，它和原來的半導(dǎo)體技術(shù)是完全不同的。半導(dǎo)體講求最小尺寸，而我們實(shí)驗(yàn)室中的最小尺寸和市場上目前的最小尺寸相比，領(lǐng)先了至少10年。”

根據(jù)美國《Small Times Magazine》在全世界范圍內(nèi)的調(diào)查，在微納米（芯片技術(shù)）領(lǐng)域，惠普公司的專利和發(fā)明最多，也被該雜志認(rèn)為是最先進(jìn)的。據(jù)Stan介紹，惠普的微納米技術(shù)已經(jīng)開始在惠普的打印機(jī)中應(yīng)用，同時(shí)還通過授權(quán)的方式，與一些生產(chǎn)廠商展開合作。盡管Stan未透露惠普對QSR小組在研發(fā)上的投入，不過他表示，在未來的3～4年時(shí)間里，通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓的資金收入，就可以讓實(shí)驗(yàn)室達(dá)到收支平衡的狀態(tài)。

“雖然惠普公司不是一家純粹意義上的芯片廠商，但是惠普公司一直致力于芯片設(shè)計(jì)。舉例來說，惠普每年設(shè)計(jì)生產(chǎn)的芯片，如果按照面積來計(jì)算的話，將是英特爾的4倍。”Stan表示。他指出，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)里，實(shí)際上CPU只有10%的時(shí)間是真正在做工作，另外90%的時(shí)間都是在等待。如果業(yè)界有辦法把CPU閑置的時(shí)間利用起來的話，現(xiàn)有的計(jì)算能力就會得到一個(gè)巨大的提高。

鏈接:惠普實(shí)驗(yàn)室量子科研小組大事記

1999年，發(fā)明第一個(gè)電子開關(guān)式分子接口；

2000年，在MIT（麻省理工學(xué)院）技術(shù)回顧中，上述發(fā)明被評為“2000年最重要的五項(xiàng)專利技術(shù)”之一；

2002年，Stan Williams被《Scientific American》評選為“50位頂級技術(shù)領(lǐng)袖”之一;同年，該實(shí)驗(yàn)室發(fā)明世界上最高密度的電子尋址存儲器；

2005年，發(fā)明交叉點(diǎn)陣邏輯門，并提出發(fā)明電路設(shè)計(jì)編碼理論；

2006年，“交叉點(diǎn)陣邏輯門”被中國科學(xué)界評選為“2005年世界十大科技進(jìn)展”第三名。