IBM曾愿意向Globalfoundries支付高達10億美金的費用以讓后者接管其芯片制造業(yè)務。IBM和Globalfoundries發(fā)言人對此不予置評，那么這條消息是否真實？筆者以為不然。因為不到一個月以前IBM還宣布要投入30億美元的大手筆來研發(fā)芯片業(yè)務，以滿足云計算和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的新興需求。
在芯片業(yè)務領域，藍色巨人IBM有他自己的一套六脈神劍的打法。筆者以為主要在以下幾個方面的技術上取得突破，就或許能引領行業(yè)，在材料學和設備工程上更進一步：
硅光子技術
硅光子技術是一種基于硅光子學的低成本、高速的光通信技術，用激光束代替電子信號傳輸數(shù)據(jù)，英特爾實驗室通過混合硅激光器技術的集成激光器，首次實現(xiàn)了基于硅光子的數(shù)據(jù)連接。
硅光子技術利用標準硅實現(xiàn)計算機和其它電子設備之間的光信息發(fā)送和接收。與晶體管主要依賴于普通硅材料不同，硅光子技術采用的基礎材料是玻璃。由于光對于玻璃來說是透明的，不會發(fā)生干擾現(xiàn)象，因此理論上可以通過在玻璃中集成光波導通路來傳輸信號，很適合于計算機內部和多核之間的大規(guī)模通信。
硅納米光子技術利用光脈沖進行通信，而不是采用傳統(tǒng)的銅導線技術，從而為大量數(shù)據(jù)在服務器、大型數(shù)據(jù)中心和超級計算機的芯片間通信提供了一條超高速公路，能夠緩解傳統(tǒng)互聯(lián)方式的數(shù)據(jù)流量擁堵和高成本的限制。
企業(yè)正在進入計算新時代，需要系統(tǒng)來實時處理和分析極其大量的信息，即大數(shù)據(jù)。硅納米光子技術為大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)給出了答案，它能夠無縫連接大型系統(tǒng)的各個部件。
低功耗晶體管
除了碳納米管之類的新材料之外，還需要新的架構和創(chuàng)新的設備理念來提高未來系統(tǒng)的性能。功耗是納米電子電路的根本挑戰(zhàn)。為了理解該挑戰(zhàn)，可以設想一個漏水的水龍頭，即便非?？斓仃P上閥門，還是會有水往下滴，這跟現(xiàn)在的晶體管的情形非常相似，在晶體管中經常會發(fā)生能源“泄露”或者浪費的情況。
為了減少電子產品的能耗，IBM 的科學家們正在研究隧道場效應晶體管(TFET)。在這種特殊類型的晶體管中，“帶-帶”隧穿的量子力學效應被用來驅動電流流過晶體管。與互補CMOS晶體管相比，TFET 的能耗可以降低100倍。
納米技術
硅晶體管，也就是芯片上傳遞信息的微型開關，一直在年復一年被制造得越來越細小，但它們正在接近物理極限點。它們越來越細小的尺寸現(xiàn)在已經達到了納米級，想要在進一步就顯得越來越艱難，但半導體制程工藝有希望在未來數(shù)年里從目前的22納米縮減到14納米，進而縮減到10納米，甚至到7nm以下。
IBM高級副總裁、IBM 研究院院長 John Kelly 博士指出“問題不在于我們是否將把 7納米技術應用到芯片生產制造過程中，而是我們如何做到、何時做到，以及以何種代價做到。”
“將芯片的制程工藝縮減到7納米及以下正在成為一項嚴峻的挑戰(zhàn)。這需要深刻的物理學和納米材料專業(yè)知識。IBM 是世界上僅有的少數(shù)幾家能夠開展這種層次的科學與工程研究的公司之一，”Envisioneering集團技術總監(jiān)Richard Doherty 表示。
量子計算
量子計算是一種依照量子力學理論進行的新型計算，量子計算的基礎和原理以及重要量子算法為在計算速度上超越圖靈機模型提供了可能。量子的重疊與牽連原理產生了巨大的計算能力。普通計算機中的2位寄存器在某一時間僅能存儲4個二進制數(shù)(00、01、10、11)中的一個，而量子計算機中的2位量子位(qubit)寄存器可同時存儲這四個數(shù)，因為每一個量子比特可表示兩個值。如果有更多量子比特的話，計算能力就呈指數(shù)級提高。
IBM是實驗和理論量子信息領域的先鋒，這些領域目前仍處于基礎科學的范疇，但從長遠來看，它們可能會為目前利用傳統(tǒng)機器不可能或無法可行地解決的問題帶來解決方案。
神經元計算
研究神經元通常是指模仿人類大腦的計算方式。芝加哥西北大學的費爾迪南多·莫沙-伊萬迪正在研究如何利用七鰓鰻的大腦細胞控制機器人。
從機器人身上的光敏感元件上輸出信號傳遞給神經元，神經元的反饋再反過來用來控制機器人的動作。此外，英國紐卡斯爾大學的神經學家克萊爾·林德受《星球大戰(zhàn)》電影中記錄的一只蝗蟲的啟發(fā)，開發(fā)出一種非常精確的故障排除系統(tǒng)。美國國防部高級研究計劃署近來正在利用飛蛾大腦的電子元件，嘗試遙控半機械昆蟲間諜——飛蛾。
這種新穎的技術能夠讓計算系統(tǒng)模擬大腦的計算效率、規(guī)模和能源消耗。IBM的長遠目標是建立具有一百億個神經元和一百萬億個突觸的神經突觸系統(tǒng)，而其能耗只有一千瓦，體積不到兩升。
石墨烯
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。
石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導熱系數(shù)高達5300 W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-6Ω·cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。
由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、激光器、激光武器、甚至是太陽能電池。
隨著摩爾效應的魔力逐漸褪色，芯片業(yè)務在一定程度上迎來了發(fā)展的挑戰(zhàn)。筆者認為，盡早在納米技術或者材料科學上取得成功是破除魔咒的關鍵，屆時芯片業(yè)務或將迎來前所未有的發(fā)展良機。
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