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近幾十年來，芯片設計師設法將更多更細小的晶體管集中在一塊硅片上，使計算機性能以驚人的速度不斷提升：單塊硅片的晶體管數平均每兩年增加一倍，個人電腦、筆記本和智能手機功能不斷增強、價格日益低廉。發展遇阻：小芯片高能耗 但是，現在研究者擔心這樣高速發展將達到極限。問題并不在于設計師能否在芯片上安裝更多晶體管——他們一定可以做到——問題在于，所有電子管工作時能耗巨大，就像一座城市不能為其整個街燈系統供電。同時，它們還會過熱。 結果可能是，迷戀新玩意兒的人，雖早已習慣了零售商對新產品夸張的鼓噪，也不得不接受現實：新一代電子產品只是略有改進，而非速度飛漲、價格跌落、更趨完美。 簡單地說，下一個熱門產品，也許要等更長的時間才會出現。 “確實，如果只是沿用以前的處理器，做規模上的縮放，將無法再取得進步，”圖形處理器制造商英偉達的首席科學家兼斯坦福計算機科學教授威廉·J·戴利說，“如今再想取得進步，需要真正的創新。” 6月召開的國際計算機體系結構會議上的一篇論文總結了這一問題：如今，高端的微處理器芯片負載了太多晶體管，難以為他們同時供電。因此，一些晶體管只能處于斷電狀態——行業術語稱為暗態——同時其他的電子管則處于工作狀態。這一現象被稱為暗硅。 論文作者介紹，最早在明年，這些先進的芯片中，在任一時間都將必須有21%的晶體管處于暗態。再經歷約三代芯片即50余年后，這一限制將更為嚴峻。芯片上將有更多的晶體管，但其中多達一半將不得不處于暗態以避免過熱。 “我認為芯片倒不會熔化，像液體一樣在電路板上流淌，那太夸張了，”論文作者之一、微軟研究院計算機科學家道格·伯格在電子郵件中寫到，“但你會得到錯誤的結果，最終電路的一些部分將熔接在一起，使芯片不可修復。” 這一問題有可能沖擊計算機界幾十年來一直成立的定律：摩爾定律。這一定律由英特爾的創始人之一戈登·摩爾提出，他認為集成電路芯片可容納晶體管的數目約每兩年增長一倍，從而使消費型電子產品性能突飛猛進。 如果發展速度放緩，人們認為理所當然的一些革新將不會出現，或者出現速度變慢。以后將沒有新型的個人電腦、智能手機、液晶電視、MP3播放器，或是任何能夠迅速創造價值幾十億的產業和幾千工作崗位的產品。 在論文中，伯格博士及其合作者模擬了150多個常用微處理器耗電情況，預計到2024年計算速度平均將僅增長7.9倍。相比之下，如果沒有電子管性能方面的限制，最大的增速可能會達到47倍。 但一些科學家持不同意見，認為只要新的創意和設計不斷涌現，保持計算機行業快速發展，上述局面將不會出現。例如，英偉達的戴利博士就對未來芯片設計保持樂觀態度。 “好消息是，原有的設計確實低效，為改進留下充足的空間。”他說。但一些與其研究無關的專家認為，伯格博士和來自德克薩斯大學、華盛頓大學和威斯康星大學的其他作者，準確指出了一個真正的問題。 英特爾實驗室研究員謝加·Y·伯卡博士認為伯格的分析正中要害，但他補充說：“他的結論與我略有不同。也許未來無法重現過去的輝煌，但也不會是暗淡的。” 伯卡博士列舉了一些新的設計創意，認為他們將有助于解決論文中指出的限制問題。英特爾近期開發了一項技術，使處理器的不同部分能耗不同，處理器同時擁有低速率、低能耗的晶體管和能夠快速轉換但耗能大的晶體管。 如今的處理器芯片越來越多地采用雙核甚至多核，即兩個或多個中央處理器，這使其能夠同時運行多個程序。未來，英特爾計算機將使用不同的核以最大化地解決不同問題，只有部分能耗較大。 盡管英特爾公司5月份時宣布，采用3維設計能夠將更多的電子管布放在單一芯片上，但這一技術并未解決論文中提到的關于暗硅的能耗問題。論文作者說，他們嘗試列舉了一些有前景的革新技術，他們認為問題在于，創新者們在克服能量限制的路上能走多遠。 “方向有限，如何發展在于態度。”伯格博士說。 一段時間以來，芯片設計師一直在努力解決能耗限制問題。一個世紀前，人們普遍認為增加芯片的時鐘速率(計算速度)是件容易的事情。但時鐘速率達到3千兆赫，芯片就因過熱而開始熔化，行業發展碰壁，這引發了一輪急促而緊張的設計革新。 如今，一些前沿設計師認為還有很大的革新空間。加利福尼亞大學伯克利分校計算機科學家大衛·A·帕特森說暗硅現象的確存在，但他對作者悲觀的結論表示懷疑。 “一些論文含有這樣的深意——‘如果不進行創新，我們將走向死亡’，這是其中一篇，”帕特森博士在郵件中說，“既然我們都不想死亡，這必然意味著我們需要革新。” |
