實驗室里的那些IT創新

在大大小小的實驗室里正在進行著各種各樣的創新性甚至是革命性的IT技術研究，從分子計算機、高密度存儲到人機交互的界面等，其中的某項技術或者某個靈感很可能將會改變整個IT產業。

與人們的期望相比，計算機行業的進步總是難以滿足人們的要求，似乎革命性的變革來得太少、太慢。比如，今天流行的上網本本質上就是一臺筆記本電腦，只是更小一點、更便宜一些; 為你電腦提供計算能力的芯片與過去的奔騰芯片也是一脈相承，并沒有多少革命性的變化; 你剛剛購買的硬盤存儲容量可能達到2TB，但它仍然只是一個硬盤驅動器而已。IT行業還有創新嗎?那些真正的創新究竟在哪里?

當然有，它們就在實驗室里。從某種程度上說，大型IT廠商和大學實驗室的研究人員充當了IT行業的指路人，他們為IT行業的發展指明了前進的方向。產生于這些實驗室里的產品和靈感有可能會改變整個IT行業，從網絡、存儲系統到敏感數據的安全以及最終用戶與計算機交互的界面，在眾多研究人員的努力下，幾乎IT領域的各個方面都在孕育著革命性的變化。這里只是今天的實驗室里正在研究的一些技術，很有可能這些技術會早于你的預計來到你身邊。

處理器:

突破摩爾定律

從20世紀中葉以來，計算機的發展就像是在與摩爾定律賽跑。摩爾定律是由英特爾共同創始人Gordon E#8226;摩爾首先提出的，這個猜想說的是集成電路的性能每18個月會翻一番。在過去的幾十年中，摩爾的預言已經得到證實，計算機正是按照摩爾定律設定的軌道前行。如今，雖然芯片制造已接近現代處理器的物理限制，但多核CPU的出現讓日趨小型化的芯片能繼續提供越來越強大的計算能力。

不過，一些科學家認為摩爾定律已經到了該終結的時候了，其原因不是因為我們停止追求更快的處理器。相反，他們認為計算機將向量子領域實現一次飛躍。 量子計算機—一種因其亞原子粒子的特性而擁有強大處理能力的設備，被普遍視為未來計算機領域的一次重大變革。只是盡管科學家們一直努力設法構造一臺真正的量子計算機，但即使是最成功的量子計算機研究項目迄今也只解決了簡單的計算問題。

當然，在微處理器方面也有其他一些技術同樣是革命性的。伊利諾伊大學Rakesh Kumar教授提出了一種新的提高現有CPU運算速度的方法。他說，今天的芯片花太多時間試圖讓所有的計算完全正確，而實際上所有集成電路總是會犯錯誤。為了確保計算結果的絕對正確，芯片消耗了過多的原本不必要的計算能力，這也使得我們很難縮小芯片上各個元件的尺寸。Kumar認為并不是每個崩潰都是災難，他帶領的研究小組沒有采用傳統的絕對無差錯處理器設計，而是在研發一種可容錯的計算機。這種硬件與軟件配合使用，在CPU真正發生錯誤時，該軟件可以處理這些錯誤，從而使得這種芯片能夠以較低功率運行，同時無需擔心對錯誤失去控制。

與此同時，來自密歇根理工大學和日本國立材料科學研究所的研究人員正在嘗試一個更為激進的方法。他們完全放棄了硅材料，而是使用DDQ—一種由碳、氮、氧、氯組成的化合物來構建分子計算機。他們說已經模仿出人類大腦的并行處理結構，這樣的一臺真正接近人腦的計算機其處理能力要高出現有的CPU幾個數量級。而且，由于他們的設計采用了有機分子，研究人員相信這種計算機可以從藻類生長出來，而不必使用現代工業的化學過程。

網絡:

結束交通擁堵

“網絡就是計算機”這句話是Sun公司的研究員約翰蓋奇在1984年第一個提出來的，不過，這句話從來沒有像今天這樣適用。從最強大的服務器到最小的移動設備，對于一個現代化計算機系統最基本的一個要求是，它能提供即時、快捷、可靠的網絡接入。然而，隨著富媒體內容的日益豐富，要滿足這一要求仍然是一個挑戰。幸運的是，新的網絡技術正在興起，這些技術給“高速寬帶”這個詞賦予了新的含義，也使得真正的高速寬帶比預期的更早來到。

802.11n標準有望讓無線網絡的數據傳輸速率達到600Mbps，這項標準已經出臺很久了，而相關的廠商現在才開始對較慢的802.11b和802.11g標準進行升級。但是，這并不意味著對Wi-Fi的性能改進就停滯不前。相反，Wi-Fi聯盟和無線千兆聯盟已經聯手開發下一代Wi-Fi，有望像802.11n標準一樣大大提升Wi-Fi的性能。新的標準將采用60GHz的無線電頻譜，數據傳輸速率高達7Gbps，足夠傳輸藍光品質的視頻內容。

然而，Wi-Fi新標準只能提升局部區域的數據傳輸速度，訪問互聯網的速度最終還得取決于與ISP的網絡連接帶寬。到目前為止，最快的網絡連接只提供給那些有光纖與ISP直接相連的客戶，但不久ISP將能給更多的客戶提供一種接近光纖速度的低成本互聯網接入方式。阿爾卡特-朗訊正在研發的一項技術，由于采用了多種信號處理技術，使這項技術可以在普通的銅線上實現高達300Mbps的數據傳輸速度，距離通信集線器的最遠傳輸距離可達400米。

存儲:多多益善

當今的數據中心就像一只幼鳥，總是處于饑餓狀態:更多的存儲容量、更高的密度、更低的用電量和更快的訪問時間，數據中心對這些方面的需求是無止境的。幸運的是，存儲一直是近年來IT行業中技術進步速度最快的領域之一，而且這一趨勢還會保持下去。比如，硬盤制造商正在以驚人的速度提高硬盤的容量，甚至芯片制造商也投入極大的熱情在積極研發高速固態硬盤。不過，最令人興奮的新一代數據存儲技術還沒有出現，或者說它們才剛剛萌芽。

IBM的Almaden研究中心的科學家正在研究一種新形式的固態硬盤，他們稱之為“賽道內存(racetrack memory)”。這種存儲技術利用納米導線中單個電子的自旋方向來存儲信息，采用這種技術的存儲設備其數據存儲密度要遠高于傳統的閃存，而其數據訪問速度與傳統RAM內存相當。如同其他固態存儲介質一樣，即使電源關閉，數據也依然被保存在設備中。而與這些基于閃存的存儲設備不同的是，“賽道內存”在讀和寫數據方面上性能沒有什么差別，而且不存在現在的固態硬盤常見的寫次數限制問題。

與此同時，惠普的工程師則希望從舊的思路中發掘出新的價值。“憶阻器(memristor)”—這個名字由內存(memory)和晶體管(transistor)混合而成，是加州大學伯克利分校教授萊昂蔡氏于1971年在一篇論文中首次提出來的概念。但直到2008年，惠普才宣布它已成功地生產出了一個可以實際工作的憶阻器。最近惠普公司表示，該技術的應用潛力遠遠超過了萊昂蔡氏當初的設想。因為憶阻器有很多傳統晶體管所不具有的特性，比如，憶阻器除了可以用來保存數據以外，它還可以執行自己的計算。更重要的是，憶阻器的存儲密度是閃存設備的兩倍左右，并且更耐熱。惠普希望這項技術能在未來幾年內商業化。

安全:無法攻破的鎖

隨著企業和個人消費者在信息方面不斷積累，數據也越來越多，保護這些數據已經成為最為關注的問題之一。到目前位置，數據加密技術仍然是保護數據的主要手段之一。然而，隨著計算機處理能力的不斷增加，很多以前看起來很有效的加密辦法在強大的計算機面前顯得不值一提。這就是為什么數學家、工程師和計算機科學家已經很難再提出不存在以往那些漏洞的新的數據加密方法。實際上，計算能力的提高是一把雙刃劍，它使得加密模型和破解工具這兩個陣營之間的競賽越來越激烈。

現在討論最多的是量子密碼術，這也被視為量子計算機的第一個“殺手級應用”。量子密碼技術利用了一個原理，即我們對量子系統進行觀察其實就是對這個系統的一種干擾。只要有人竊取或者進入了一個由量子組成的系統，這個系統的狀態就會發生改變。換而言之，任何人只要閱讀過一個采用量子密碼加密過的信息，就會留下不可撤銷的記錄。因此，從理論上說要想竊聽一個通過量子密碼技術加密的信息而不留下任何痕跡是不可能的。然而，如前所述，量子計算本身還處在實驗階段，量子計算機和量子密碼術的商業應用都有很長的路要走。

最近，IBM研究人員Craig Gentry有了一個驚人的發現，這個發現有望解決數據的加密問題。Gentry找到了一種算法，這一算法能完成頂級的加密專家們長期以來認為不可能的工作:它允許電腦系統對加密數據執行各種運算和操作，而無需先對數據進行解密。也就是說，數據到來之前是如何加密的，其計算結果也以同樣的方式進行加密，中間沒有任何步驟會讓數據暴露在竊取者的眼睛之下。Gentry的這一發現可能對廣泛使用的數字安全系統帶來重大的影響，包括從網上銀行到數字媒體的交付，只是它可能還需要數年才能投入實際應用。

顯示器:

視覺新體驗

當IBM首次把個人電腦推到市場時，顯示器只能顯示綠色字符，這也是當時的標準配置。后來，隨著圖形顯示卡的不斷進步和改善，這些單色的顯示器逐漸讓位給了色彩鮮艷的彩色顯示器。今天，笨重的彩色CRT顯示器也即將成為歷史，更輕薄、低功耗的液晶顯示器正在取而代之。而隨著技術的不斷進步，例如OLED背光技術，將使得現代平板顯示器更明亮，比任何時候都更清晰。而且，這并不意味著顯示技術已經走到了盡頭，未來一定會出現更先進的技術。

比如，目前這一代的液晶面板很脆弱、易碎，如果不小心讓手機掉到地上或者把它坐到屁股底下，手機顯示屏很容易破碎。為了解決這個問題，索尼正在開發可彎曲的液晶面板，這一技術不僅有望提高液晶面板的使用壽命，而且也可能降低液晶面板的生產成本，創造出更清潔的生產車間。目前，索尼已經開發出產品原型，雖然這個產品原型分辨率很低，但是非常柔軟，只有4毫米厚，可以卷成一個圓筒。

另一個想法是徹底甩掉顯示器。液晶投影儀就是一種解決辦法，而且今天也很常見，但它們的缺點是太笨重，同時用于投影的燈泡也太昂貴。此外，投影儀的圖像質量無法保證，很大程度上取決于周圍環境的照明情況。不過，隨著采用激光技術的數字投影儀的出現這一切有望改變。傳統的顯示器通過對紅、藍、綠三種顏色的光進行混合來產生各種各樣的顏色。由于可靠的綠色激光非常難以產生，因此制造商們迄今為止無法將激光用于投影設備，這也導致數字投影儀無法真正投入實用。康寧公司聲稱已經解決了這個問題，這意味著可能很快就可以從一個手機大小的設備中投射出非常耀眼的光來。

讓顯示設備在強光環境中能夠展現出同樣清晰的圖像一直是一個難題。最近幾年，隨著電子紙技術的成熟，這個問題也有望得到解決。只是目前電子紙還是以黑白的為主，彩色的電子紙成本太高，無法大量使用，這是科學家和工程師們正在著手解決的問題之一。一個頗有前途的技術來自高通公司，這種被稱為mirasol的技術能產生出各種顏色艷麗的圖像，但其本身并不發光，因而更節能。mirasol采用了一種帶有微機電裝置的鏡子，通過自然光的干涉效應把周圍環境的光反射回來。它能根據環境的變化自動調節光的強度，從而保證閱讀者能在強光下看清屏幕上的內容。和E-ink電子紙技術相比，它的亮度更高，可以顯示彩色，刷新速度足夠快，可以播放視頻。對Mirasol來說，目前的最大問題是工藝和成本。這樣大規模的微機電系統成品率偏低，而且其現在的成本也高于有近20年歷史的E-ink技術。如今，采用該技術的產品已經上市，相信隨著技術的完善，不用太久這項技術也將會走進普通大眾的生活。

另外，由飛利浦分拆出來的Liquavista公司在顯示技術方面走得更遠些。它推出一種顯示屏帶有背光，同時也能與電子紙一樣不用背光而單靠反射環境光來閱讀。

人機交互:超越鼠標

盡管今天電腦在我們的學習和工作中扮演著越來越重要的作用，而且我們使用電腦的方式也已經與個人電腦剛剛出現時有了很大區別，但是，我們與電腦的交互方式卻沒有太多變化，基本上還是1984年蘋果推出第一臺Macintosh時的那些交互方式。電腦顯示屏上最常見的仍然是閃動的光標，指針、文件夾、窗口、滾動條和其他控制部件等元素仍然統治著當今幾乎每一個圖形操作系統。

這與好萊塢電影里展現給我們的有很大差距。在好萊塢電影所展示的虛幻的世界里，你會看到懸浮在空中的顯示屏、頭盔式顯示器等很酷的玩意兒。你也許會想，這些想法真的可以變成現實嗎?

答案是肯定的，至少微軟認為如此。微軟在觸摸屏技術方面的產品Surface給我們提供了一種新的與電腦進行交互的方式。Surface就像一個桌子，傳統電腦上的那些元素你在這里看不到了，沒有鼠標，也看不到鍵盤，取而代之的是多點觸控的操作方式。而這還不是微軟在人機交互方面最受期待的創新，更值得期待的是首次在個人游戲機Xbox 360上引入的一種設備，它以前稱為Natal項目，正式的名字為Kinect for Xbox 360。它被認為是微軟的Xbox與任天堂的Wii游戲機競爭的“王牌”。

與傳統的游戲機都有一個實際的游戲控制器不同， Kinect將人的肢體動作帶進游戲中而不是拿著游戲桿操作。它帶有攝像頭，可以通過視覺影像和紅外線直接辨識判斷人的位置、動作等。Kinect最迷人之處是，能讓游戲玩家操縱在空中的游戲對象，也就是游戲玩家不用拿著任何控制器，只要站在攝影鏡頭前就可以玩游戲，并可同時支持到最多4個人。如果這種操作方式能被消費者接受，這種技術也有望應用到信息臺和各種觸摸屏設備上。

也許好萊塢電影里的人機交互技術最終成為現實的最好例子是奧布朗工業公司開發出的G-Speak虛擬空間操作系統。通過G-Speak技術，用戶無需使用鼠標，而只要戴上特制的手套，就可以隨意控制屏幕上的物體。比如你只要輕輕揮動手指，就可以隨意選擇屏幕上的物體。如果雙手更靠近物體，還會感覺到那個物體好像離你更近、變得更大等。這項最早發源于麻省理工學院媒體實驗室的技術有望廣泛用于需要操控空間圖形以及進行手勢控制的應用中。隨著3D電視和3D顯示器在不久的將來成為主流的顯示設備，類似G-Speak這樣的技術出現在你的電腦上，你千萬不要感到驚訝。