淺談計算機(jī)的發(fā)展趨勢

趙鑫

摘 要：計算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、平行處理和智能化，量子、光子、分子和納米計算機(jī)將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)及一定的自然語言能力，使計算機(jī)進(jìn)入人工智能時代。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)發(fā)展趨勢；智能化計算機(jī)

一、前言

計算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從 1946 年世界上第一臺電子計算機(jī)誕生以來，計算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)計算機(jī)的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計算機(jī)發(fā)展的突破口，新型計算機(jī)的研發(fā)應(yīng)運而生。主要表現(xiàn)在計算機(jī)的性能越來越高，速度越來越快、主要表現(xiàn)在計算機(jī)的主頻越來越高；其次計算機(jī)的發(fā)展無處不在，網(wǎng)絡(luò)化向各個領(lǐng)域的滲透；最后是向深度發(fā)展，信息的智能化方向發(fā)展，人機(jī)界面的友好。

二、智能化的超級計算機(jī)

1.高速電腦

美國最近發(fā)明了一種利用空氣的絕緣性能來成倍地提高計算機(jī)運行速度的新技術(shù)。美國紐約倫斯雷爾？保利技術(shù)公司的科學(xué)家已經(jīng)生產(chǎn)出一套新型電腦微電路，該電路的芯片或晶體管之間由膠滯體包裹的導(dǎo)線連接， 這種膠滯體 90% 的物質(zhì)是空氣，而空氣是不導(dǎo)電出的，是一種非常優(yōu)良的絕緣體。研究表明，計算機(jī)運行速度的快慢與芯片之間信號傳輸?shù)乃俣戎苯酉嚓P(guān)，然而，目前普遍使用的硅二氧化物在傳輸信號的過程中會吸收耗掉一部分信號，從而延長了信息傳輸?shù)臅r間。為了解決這個問題，保利技術(shù)公司的科研小組研究出電腦芯片冷卻技術(shù)，它在電腦電路里內(nèi)置了許多裝著液體的微型小管，用來吸收電路散發(fā)出的熱量。當(dāng)電路發(fā)熱時，熱量將微型管內(nèi)的液體汽化，當(dāng)這些汽化物擴(kuò)散到管子的另一端之后，又重新凝結(jié)，流到管子底部。

2.生物計算機(jī)興起

生物計算機(jī)最大的特點是采用了生物芯片，它由生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子構(gòu)成。在這種芯片中，信息以波的形式傳播， 運算速度比當(dāng)今最新一代計算機(jī)快 10 萬倍， 能量消耗僅相當(dāng)于普通計算機(jī)的十分之一， 并且擁有巨大的存儲能力。

目前，科學(xué)家們已經(jīng)在超微技術(shù)領(lǐng)域取得了某些突破，制造出了微型機(jī)器人。科學(xué)家們的長遠(yuǎn)目標(biāo)是讓這種微型機(jī)器人成為一部微小的生物計算機(jī)，它們不僅小巧玲瓏， 而且可以像微生物那樣自我復(fù)制和繁殖，可以鉆進(jìn)人體里殺死病毒 ， 修復(fù)血管、心臟、腎臟等內(nèi)部器官的損傷，或者使引起癌變的DNA 突變發(fā)生逆轉(zhuǎn)，從而使人們延年益壽。超高速計算機(jī)采用平行處理技術(shù)改進(jìn)計算機(jī)結(jié)構(gòu)，使計算機(jī)系統(tǒng)同時執(zhí)行多條指令或同時對多個數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步提高計算機(jī)運行速度。超級計算機(jī)通常是由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器（機(jī)）組成，能完成普通計算機(jī)和服務(wù)器不能計算的大型復(fù)雜任務(wù)。從超級計算機(jī)獲得數(shù)據(jù)分析和模擬成果，能推動各個領(lǐng)域高精尖項目的研究與開發(fā)，為我們的日常生活帶來各種各樣的好處。最大的超級計算機(jī)接近于復(fù)制人類大腦的能力， 具備更多的智能成份，方便人們的生活、學(xué)習(xí)和工作。世界上最受歡迎的動畫片、很多耗巨資拍攝的電影中，使用的特技效果都是在超級計算機(jī)上完成的。美國、日本、以色列、中國和印度首先成為世界上擁有每秒運算 1 萬億次的超級計算機(jī)的國家，超級計算機(jī)已在科技界內(nèi)引起開發(fā)與創(chuàng)新狂潮。

三、高性能計算機(jī)

1.量子計算機(jī)

量子計算機(jī)的概念源于對可逆計算機(jī)的研究，量子計算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機(jī)是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài)，使信息沿著聚合物移動，從而進(jìn)行運算。量子計算機(jī)中的數(shù)據(jù)用量子位存儲。由于量子疊加效應(yīng)，一個量子位可以是 0 或 1，也可以既存儲 0 又存儲 1。因此，一個量子位可以存儲 2 個數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲位，量子計算機(jī)的存儲量比通常計算機(jī)大許多。同時量子計算機(jī)能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏嬎悖溥\算速度可能比目前計算機(jī)的 Pentium DI 晶片快 10 億倍。除具有高速并行處理數(shù)據(jù)的能力外，量子計算機(jī)還將對現(xiàn)有的保密體系、國家安全意識產(chǎn)生重大的沖擊。無論是量子并行計算還是量子模擬計算， 本質(zhì)上都是利用了量子相干性。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導(dǎo)量子干涉等。量子編碼采用糾錯、避錯和防錯等。量子計算機(jī)使計算的概念煥然一新。

2.光子計算機(jī)

光子計算機(jī)是利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運算、傳輸和存儲。光子計算機(jī)即全光數(shù)字計算機(jī)，以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線互連，光硬件代替計算機(jī)中的電子硬件， 光運算代替電運算。在光子計算機(jī)中，不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，可以對復(fù)雜度高、計算量大的任務(wù)實現(xiàn)快速地并行處理。光子計算機(jī)將使運算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。

3.納米計算機(jī)

納米計算機(jī)是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計算機(jī)。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質(zhì)地堅固，有著極強(qiáng)的導(dǎo)電性，能代替硅芯片制造計算機(jī)。“納米”是一個計量單位，大約是氫原子直徑的 10 倍。納米技術(shù)是從 20 世紀(jì) 80 年代初迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領(lǐng)域，最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品。現(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機(jī)械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動機(jī)和各種處理器都放在一個硅芯片上而構(gòu)成一個系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計算機(jī)不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機(jī)強(qiáng)大許多倍。美國正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發(fā)揮電子開關(guān)、放大和晶體管的功能。 納米計算機(jī)體積小、造價低、存量大、性能好， 將逐漸取代芯片計算機(jī)，推動計算機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展。

智能化、高性能化的計算機(jī)與相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，現(xiàn)在科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新， 必將推進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)社會高速發(fā)展，實現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破。隨著新型產(chǎn)品的不斷研發(fā)將會有更多的產(chǎn)品出來，更加方便人們的生活和學(xué)習(xí)，進(jìn)一步改變我們的生活質(zhì)量， 計算機(jī)的最終目的是達(dá)到較好人機(jī)交互界面， 更好的為人類服務(wù)。

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