摩尔定律已死 半导体行业发展会停滞吗？|摩尔定律|半导体_新浪科技_新浪网
摩尔定律已死 半导体行业发展会停滞吗？
计算设备体积随着半导体工业发展呈指数式缩小
　　导语：ArsTechnica本周刊文称，过去几年，根据摩尔定律去提高芯片集成度正变得越来越困难。下月发布的国际半导体技术路线图很可能将抛开摩尔定律，走上不同的发展道路。
　　以下为文章主要内容：
　　在“患病多年”后，摩尔定律于51岁“寿终正寝”。
　　《自然》杂志刊文称，将于下月发布的下一份半导体技术路线图将采用完全不同的方法。早在2014年，国际半导体技术路线图组织已经决定，下一份路线图将不再依照摩尔定律。
　　1965年，联合创始人戈登-摩尔(Gordon Moore)观察到，集成电路中的元件集成度每12个月就能翻番。此外，确保每晶体管价格最低的单位芯片晶体管数量每12个月增长一倍。1965年，单位芯片50个晶体管可以带来最低的每晶体管成本。摩尔预计，到1970年，单位芯片可集成1000个元件，而每晶体管成本则将下降90%。
　　在对数据进行提炼和简化之后，这一现象就被称作“摩尔定律”：单位芯片晶体管数量每12个月增长一倍。
　　摩尔的观察并非基于任何科学或工程原理。这仅仅反映了行业发展趋势。然而，在随后的发展中，半导体行业并没有将摩尔定律当作描述性、预测性的观察，而是视为规定性、确定性的守则。整个行业必须实现摩尔定律预测的目标。
　　然而，实现这一目标无法依靠侥幸。芯片开发是一个复杂过程，需要用到来自多家公司的机械、软件和原材料。为了确保所有厂商根据摩尔定律制定同样的时间表，整个行业遵循了共同的技术发展路线图。由英特尔、AMD、台积电、GlobalFoundries和IBM等厂商组成的行业组织半导体协会从1992年开始发布这样的路线图。1998年，半导体行业协会与全球其他地区的类似组织合作，成立了“国际半导体技术路线图”组织。最近的一份路线图于2013年发布。
　　摩尔定律提出的预测早在很久之前就已出现过问题。1975年，摩尔本人更新了摩尔定律，将半导体行业的发展周期从12个月增加至24个月。在随后30年中，通过缩小芯片上元件的尺寸，芯片发展一直遵循着摩尔定律。
　　摩尔定律的终结
50年来芯片晶体管和工作频率的指数式增长(注：纵坐标为对数坐标)
　　然而到00年代，很明显单纯依靠缩小尺寸的做法正走到尾声。不过，通过其他一些技术，芯片的发展仍然符合摩尔定律的预测。在90纳米时代，应变硅技术问世。在45纳米时代，一种能提高晶体管电容的新材料推出。在22纳米时代，三栅极晶体管使芯片性能变得更强大。
　　不过，这些新技术也已走到末路。用于芯片制造的光刻技术正面临压力。目前，14纳米芯片在制造时使用的是193纳米波长光。光的波长较长导致制造工艺更复杂，成本更高。波长13.5纳米的远紫外光被认为是未来的希望，但适用于芯片制造的远紫外光技术目前仍需要攻克工程难题。
　　即使远紫外光技术得到应用，目前也不清楚，芯片集成度能有多大的提高。如果缩小至2纳米，那么单个晶体管将只有10个原子大小，而如此小的晶体管可靠性很可能存在问题。即使这些问题得到解决，功耗也将继续造成困扰。随着晶体管的连接越来越紧密，芯片功耗将越来越大。
　　应变硅和三栅极晶体管等新技术历经了10多年的研究才得到商用。远紫外光技术被探讨的时间更长。而成本因素也需要考虑。相应于摩尔定律，我们还有一个洛克定律。根据后一定律，芯片制造工厂的成本每4年就会翻番。新技术的发展可能将带来更高的芯片集成度，但制造这种芯片的工厂将有着高昂的造价。
　　近期，我们已经看到这些因素给芯片公司造成了现实问题。英特尔原计划于2016年在Cannonlake处理器中改用10纳米工艺，这小于当前Skylake芯片采用的14纳米工艺。去年7月，英特尔调整了计划。根据新计划，英特尔将推出另一代处理器Kaby Lake，并沿用此前的14纳米工艺。Cannonlake和10纳米工艺仍在计划之中，但被推迟至2017年下半年发布。
　　与此同时，新增的晶体管变得越来越难用。80至90年代，新增晶体管带来的价值显而易见。奔腾处理器的速度远高于486处理器，而奔腾2代又远好于奔腾1代。只要处理器升级，计算机性能就会有明显的提升。然而在进入00年代之后，这样的性能提升逐渐变得困难。受发热因素影响，时钟频率无法继续提高，而单个处理器核心的性能只能实现增量式增长。因此，我们看到处理器正集成更多核心。从理论上来说，这提升了处理器的整体性能，但这种性能提升很难被软件所利用。
　　半导体行业的新路线图
　　这一系列困难表明，由摩尔定律驱动的半导体行业发展路线图即将终结。但摩尔定律日薄西山并不意味着半导体行业进步的终结。
　　爱荷华州大学的计算机科学家丹尼尔-里德(Daniel Reed)打了个比方：“想一想飞机行业发生了什么，一架波音787并不比上世纪50年代的707快多少，但是它们仍然是非常不同的两种飞机。”比如全电子控制和碳纤维机身。“创新绝对会继续下去，但会更细致和复杂。”
　　2014年，国际半导体技术路线图组织决定，下一份路线图将不再依照摩尔定律。《自然》杂志刊文称，将于下月发布的下一份路线图将采用完全不同的方法。
　　新的路线图不再专注于芯片内部技术，而新方法被称作“比摩尔更多”。例如，智能手机和物联网的发展意味着，多样化的传感器和低功耗处理器的重要性将大幅提升。用于这些设备的高集成度芯片不仅需要逻辑处理和缓存模块，还需要内存和电源管理模块，用于GPS、移动网络和WiFi网络的模拟器件，甚至陀螺仪和加速计等MEMS器件。
　　以往，这些不同类型的器件需要用到不同的制造工艺，以满足不同需求。而新路线图将提出，如何将这些器件集成在一起。整合不同制造工艺、处理不同原材料需要新的处理和支持技术。如果芯片厂商希望为这些新市场开发芯片，那么解决这些问题比提高芯片集成度更重要。
　　此外，新的路线图还将关注新技术，而不仅是当前的硅CMOS工艺。英特尔已宣布，在达到7纳米工艺之后，将不再使用硅材料。锑化铟和铟镓砷化合物都有着不错的前景。与硅相比，这些材料能带来更快的开关速度，而功耗也较低。碳材料，无论是碳纳米管还是石墨烯，也在继续被业内研究。
　　在许多备选材料中，二维材料“石墨烯”被看好。这种自旋电子材料通过翻转电子自旋来计算，而不是通过移动电子。这种“毫伏特”量级(操作电压比“伏特”量级的晶体管要低得多)的电子开关比硅材料开关的速度更快，而且发热量更小。不幸的是这种电子材料还未走出实验室。
石墨烯的扫描探针显微镜图像
　　尽管优先级下降，但缩小尺寸提高集成度的做法并未被彻底抛弃。在三栅极晶体管的基础上，到2020年左右，“栅极全包围”晶体管和纳米线将成为现实。而到20年代中期，我们可能将看到一体化3D芯片的出现，即在一整块硅片上制作多层器件。
　　斯坦福大学的电气工程师Subhasish Mitra和他的同事已经开发出用碳纳米管将3D存储单元层连接起来的办法，这些碳纳米管承载着层间的电流。 该研究小组认为，这样的体系结构可以将能耗降低到小于标准芯片的千分之一。
IBM的3D存储芯片微观结构
　　此外，另一种提高计算性能的方法是使用像“量子计算”这样的技术，该技术有望加速某些特定问题的计算速度，还有一种“神经计算”技术旨在是模拟大脑的神经元处理单元。 但是，这些替代性的技术可能需要很久才能走出实验室。 而许多研究者认为，量子计算机将为小众应用提供优势，而不是用来取代处理日常任务的数字计算。去年底，谷歌量子人工智能实验室已证明：他们的D-Wave量子计算机处理某些特定问题，比普通计算机快一亿倍。
D-Wave量子计算机
　　通过新材料、不同的量子效应，甚至超导等不可思议的新技术，半导体行业或许能继续像以往一样提高芯片集成度。如果集成度能获得明显提升，那么市场对速度更快的处理器的需求可能将再次爆发。
　　但目前看来，摩尔定律被打破将成为一种新常态。摩尔定律对半导体行业的指导意义正逐渐消失。(维金 凡萧)
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摩尔定律2014年达到极限？
作者： CNET科技资讯网
CNET618iSuppli预测，摩尔定律(Moore's Law)可能在2014年之前失效，而难以克服的最大挑战不是体积无法再缩小，而是芯片制造的成本太高昂。
摩尔定律以英特尔共同创始人葛登?摩尔(Gordon Moore)命名，大意是积体电路(IC)上可放置的电晶体数目，大约每两年会加倍。四十多年来，芯片尺寸愈缩愈小，让摩尔定律持续有效。
不过，iSuppli发布的研究报告预言，到2014年，摩尔定律将遭受半导体制造设备成本高昂的威胁，届时“半导体产业的基本经济状况将为之改变”。
iSuppli半导体制造首席分析师Len Jelinek说：“随着芯片制程缩到20纳米以下，降到18纳米，可用的半导体制程技术将达到极限。在那些节点(水准)，半导体产业将开始遭遇半导体制造工具太昂贵、即使大量生产价格也降不下来的地步。换言之，成本会非常高，使得整个生命周期的生产价值也不敷成本。”
iSuppli说，缩小到20至18纳米之后，制程技术仍可能持续进步，但摩尔定律将不再能驱动半导体量产。目前英特尔正迈向32纳米制程，而全球晶圆代工龙头台积电公司(TSMC)已过渡到40纳米芯片制程。
许多迹象显示，芯片制造成本高昂已让厂商备感压力。例如，AMD面临可能破产的压力，终于决定将芯片生产业务分割出去。一些亚洲内存芯片制造商也面临生死存亡大关，因为他们无力投注巨资更新厂房设备。
以往观察家也曾多次预言摩尔定律气数已尽，但依据的最主要理由倒不是芯片设备成本高昂。
4月间EE Times一篇报道引述IBM研究员Carl Anderson的话说，各行各业呈爆炸性增长的时代终将告一段落，以前是铁路，后是航空业，如今就连半导体产业也不例外。
Anderson说：“爆炸性增长可能再延续个一、两代，但这只是就最尖端的芯片而言，例如多核微处理器。然而，更多的设计师发现，日常应用不需要用到最新的设计。”
不过，在2014年来临之前，半导体竞赛仍持续进行。
AMD与Mubadala Development的合资公司Globalfoundries宣布，与IBM合作的研究发现，半导体元件的尺寸将能持续缩小，降到22纳米以下。该公司说：半导体业向来以克服看似难以克服的挑战闻名，且能持续开发更小、更快、更具能源效率的产品。
半导体巨人英特尔预定周四发布新的研究成果，展示该公司在芯片制造技术上最新的进展。
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05/09/2012发现背景/摩尔定律
摩尔定律早在1959年，美国著名半导体厂商仙童公司首先推出了平面型晶体管，紧接着于1961年又推出了平面型集成电路。这种平面型制造工艺是在研磨得很平的硅片上，采用一种所谓“”技术来形成半导体电路的元器件，如、、电阻和等。
只要“光刻”的精度不断提高，的密度也会相应提高，从而具有极大的发展潜力。因此平面工艺被认为是“整个半导体的工业键”，也是摩尔定律问世的技术基础。1965年时任仙童半导体公司研究开发实验室主任的摩尔应邀为《电子学》杂志35周年专刊写了一篇观察评论报告，题目是：“让集成电路填满更多的元件”。在摩尔开始绘制数据时，发现了一个惊人的趋势：每个新大体上包含其前任两倍的容量，每个芯片的产生都是在前一个芯片产生后的18-24个月内。如果这个趋势继续的话，计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。摩尔的观察资料，就是后来的摩尔定律，所阐述的趋势一直延续至今，且仍不同寻常地准确。人们还发现这不光适用于对存储器芯片的描述，也精确地说明了处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。该定律成为许多工业对于性能预测的基础。在26年的时间里，芯片上的晶体管数量增加了3200多倍，从1971年推出的第一款个增加到奔腾II处理器的750万个。&
发现人物/摩尔定律
戈登·摩尔（Gordon Moore,1929-）：英特尔公司（Intel）的创始人之一。日，戈登·摩尔出生在加州旧金山的佩斯卡迪诺。父亲没有上过多少学，17岁就开始养家，做一个小官员，母亲只有中学毕业。高中毕业后他进入了著名的加州伯克利分校的化学专业，实现了自己的少年梦想。1950年，摩尔获得了学士学位，接着他继续深造，于1954年获得物理化学博士学位。1965年，发现“摩尔定律”。另一种说法摩尔定律虽然以戈登·摩尔（Gordon&Moore）的名字命名，但最早提出摩尔定律相关内容的并非摩尔，而是加州理工学院的卡沃·米德（Carver&Mead）教授。米德是最早关注到摩尔定律所提出的晶体管之类的产量增加，就会引起其价格下降现象的。米德指出，如果给定价格的电脑处理能力每两年提高一倍，那么这一价位的电脑处理装置同期就会降价一半。
定律验证/摩尔定律
广义验证1975年，在一种新出现的电荷前荷器件存储器芯片中，的确含有将近65000个元件，与十年前摩尔的预言一致。另据Intel公司公布的统计结果，单个芯片上的晶体管数目，从处理器上的2300个，增长到1997年PentiumII处理器上的7.5百万个，26年内增加了3200倍。如果按“每两年翻一番”的预测，26年中应包括13个翻番周期，每经过一个周期，芯片上集成的元件数应提高2n倍（0≤n≤12），因此到第13个周期即26年后元件数这与实际的增长倍数3200倍可以算是相当接近了。要素验证摩尔定律也有人从个人计算机（即）的三大要素微处理器芯片、和来考察摩尔定律的正确性。微处理器方面，从1979年的，到1982年的，1985年的，1989年的，1993年的，1996年的PentiumPro，1997年的PentiumII，功能越来越强，价格越来越低，每一次更新换代都是摩尔定律的直接结果。与此同时PC机的内存储器容量由最早的480k扩大到8M，16M，与摩尔定律更为吻合。系统软件方面，早期的计算机由于存储容量的限制，系统软件的规模和功能受到很大限制，随着内存容量按照摩尔定律的速度呈指数增长，系统软件不再局限于狭小的空间，其所包含的程序代码的行数也剧增：Basic的源代码在1975年只有4，000行，20年后发展到大约50万行。的文字处理软件，1982年的第一版含有27，000行代码，20年后增加到大约200万行。有人将其发展速度绘制一条曲线后发现，软件的规模和复杂性的增长速度甚至超过了摩尔定律。系统软件的发展反过来又提高了对处理器和存储芯片的需求，从而刺激了集成电路的更快发展。摩尔定律并非数学、物理定律，而是对发展趋势的一种分析预测，因此，无论是它的文字表述还是定量计算，都应当容许一定的宽裕度。从这个意义上看，摩尔的预言是准确而难能可贵的，所以才会得到业界人士的公认，并产生巨大的反响。
修正演化/摩尔定律
修正1975年，摩尔在IEEE的学术年会上提交了一篇论文，根据当时的实际情况，对“密度每年一番”的增长率进行了重新审定和修正。按照摩尔本人1997年9月接受《科学的美国人》一名编辑采访时的说法，他当年是把“每年翻一番”改为“每两年翻一番”。实际上，后来更准确的时间是两者的平均：18个月。演化摩尔第二定律：摩尔定律提出30年来，集成电路芯片的性能的确得到了大幅度的提高；但另一方面，Intel高层人士开始注意到芯片生产厂的成本也在相应提高。1995年，Intel董事会主席预见到摩尔定律将受到经济因素的制约。同年，摩尔在杂志上撰文写道：“现在令我感到最为担心的是成本的增加，…这是另一条指数曲线”。他的这一说法被人称为摩尔第二定律。新摩尔定律：中国专业媒体上出现了“新摩尔定律”的提法，指的是中国Internet联网主机数和上网用户人数的递增速度，大约每半年就翻一番。而且专家们预言，这一趋势在未来若干年内仍将保持下去。
主要意义/摩尔定律
“摩尔定律”归纳了信息技术进步的速度。在摩尔定律应用的40多年里，计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具，信息技术由实验室进入无数个普通家庭，将全世界联系起来，多媒体视听设备丰富着每个人的生活。由于高纯硅的独特性，集成度越高，晶体管的价格越便宜，这样也就引出了摩尔定律的经济学效益。在20世纪60年代初，一个晶体管要10美元左右，但随着晶体管越来越小，直到小到一根头发丝上可以放1000个晶体管时，每个晶体管的价格只有千分之一美分。据有关统计，按运算10万次乘法的价格算，IBM704电脑为1美元，IBM709降到20美分，而60年代中期IBM耗资50亿研制的IBM360系统电脑已变为3.5美分。“摩尔定律”对整个世界意义深远。在回顾40多年来半导体芯片业的进展并展望其未来时，信息技术专家们认为，在以后“摩尔定律”可能还会适用。但随着晶体管电路逐渐接近性能极限，这一定律终将走到尽头。40多年中，半导体芯片的集成化趋势一如摩尔的预测，推动了整个信息技术产业的发展，进而给千家万户的生活带来变化。
未来前景/摩尔定律
集成电路摩尔定律问世已40多年，人们不无惊奇地看到半导体芯片制造工艺水平以一种令人目眩的速度提高。Intel的微处理器芯片Pentium4的主频已高达2G（即12000M），2011年推出了含有10亿个、每秒可执行1千亿条指令的芯片。这种发展速度是否会无止境地持续下去是人们所思考的问题。
从技术的角度看，随着上线路密度的增加，其复杂性和差错率也将呈指数增长，同时也使全面而彻底的芯片测试几乎成为不可能。一旦芯片上线条的宽度达到（10-9米）数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到尽头。从经济的角度看，正如摩尔第二定律所述，20-30亿美元建一座芯片厂，线条尺寸缩小到0.1微米时将猛增至100亿美元，比一座投资还大。由于花不起这笔钱，迫使越来越多的公司退出了芯片行业。
日渐失效/摩尔定律
毫无疑问，摩尔法则对整个世界意义深远。不过，随着晶体管电路逐渐接近性能极限，这一法则将会走到尽头。摩尔法则何时失效？专家们对此众说纷纭。早在1995年在芝加哥举行信息技术国际研讨会上，美国科学家和工程师杰克·基尔比表示，5纳米处理器的出现或将终结摩尔法则。中国科学家和未来学家周海中在此次研讨会上预言，由于纳米技术的快速发展，30年后摩尔法则很可能就会失效。前不久，摩尔本人认为这一法则到2020年的时候就会黯然失色。一些专家指出，即使摩尔法则寿终正寝，信息技术前进的步伐也不会变慢。物理学家加来纪雄（Michio&Kaku）是纽约城市大学一名理论物理学教授，称摩尔定律在叱咤芯片产业47年风云之久后，正日渐走向崩溃。这将对计算机处理进程产生重大影响。在未来十年左右的时间内，摩尔定律就会崩溃，单靠标准的硅材料技术，计算能力无法维持快速的指数倍增长。 加来纪雄表示导致摩尔定律失效的两大主因是高温和漏电。这也正是硅材料寿命终结的原因。加来纪雄表示这与科学家们最初预测摩尔定律没落大相径庭。科学家应该能继续挖掘硅部件的潜力，从而在未来几年时间里维持摩尔定律的生命力；但在3D芯片等技术也都耗尽潜力以后，那么也就将达到极限。各领域以及产业分析师们都预测到了摩尔定律的失效。然而研究者们同时又提出，不断进步的芯片结构和部件使得摩尔定律在今天依然有效。就连被称作“建立在摩尔定律之上”的Intel公司宣布随着采用等技术的新型晶体管逐渐取代传统的半导体晶体管，已经进入“大叔”级别的“摩尔定律”，将不能继续引领电子设备发展的节奏。
最新发现/摩尔定律
碳纳米管芯片日，美国IBM研究所科学家宣称，最新研制的芯片符合了“摩尔定律”周期，依据摩尔定律，计算机芯片每18个月集成度翻番，价格减半。传统的是由硅制成，然而目前硅晶体管已接近了原子等级，达到了物理极限，由于这种物质的自然属性，硅晶体管的运行速度和性能难有突破性发展。公司的研究人员在一个硅芯片上放置了1万多个，碳纳米晶体管的电子比硅质设备运行得更快。它们也是晶体管最理想的结构形式。这些优异的性能将成为替代硅晶体管的原因，同时结合新芯片设计架构，未来将使微型等级芯片实现计算机创新。 研究人员发现，电子被捕获进一个接口处具有一层氧化物或者金属的半导体后就很容易被抽进空气中，藏匿于该接口处的电子会形成一层电荷，而且该电子层内部的带电粒子之间的库伦排斥力也会使电子很容易从硅中释放出来。他们通过施加很少量的电压，有效地从硅结构中提取出了电子，随后再将电子置于空气中，使它们能在纳米尺度的通道内行进，而不会遇到任何的碰撞或者发生散射。
生物学应用/摩尔定律
前寒武纪早期多细胞生命的艺术想象图2013年，科学家将摩尔定律应用到了地球生命复杂性的研究上，他们的结果显示，有机生命的存在时间远超过地球本身。研究者将摩尔定律中的晶体管换成了——生命遗传物质的基础——将电路换成了遗传物质，进行数学计算。计算结果显示，生命最早出现在100亿年前，比地球45亿年的预测年龄古老得多。研究者称，在太阳系形成的时候，可能已经存在着类似细菌的生物体，或者一些存在于银河系古老区域的简单核苷酸，可能通过彗星、小行星或其他太空碎片来到地球。这一假说被称为，又称泛种论。有科学家认为，直到现在仍有生命以泛种论的方式进入地球 。
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“摩尔定律”已接近物理极限
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“预计芯片中集成晶体管的数量 24 个月会提高一倍。”——相信大家对英特尔联合创始人戈登?摩尔提出的“摩尔定律”并不陌生。在过去的四十年里，IT 行业一直受这一定律的驱动。不过近年来随着传统电子芯片发展速度的放缓，“摩尔定律”正逐渐走向历史。未来，基于光子技术的新型芯片，或将打破电路元件的限制，建造出运算速度更快的计算机。“摩尔定律”已接近物理极限众所周知，在过去的几十年里计算机行业的发展始终遵循着“摩尔定律”——半导体电路晶体管的体积越来越小，单个芯片上可容纳的晶体管数变得越多，并呈每 18 到 24 个月翻一番的速度在迭代增长。而晶体管数量的增多意味着处理器的速度越快、效率越高——也就是说，同样价格电子产品的性能，时隔 18 到 24 个月就会翻倍。因此为了能在高速发展的 IT 行业立足，芯片制造商一直致力于研发更小的晶体管。目前晶体管的体积已经从 1907 的 100 毫米跃升至今天的 14 纳米。而去年 10 月美国劳伦斯?伯克利国家实验室的研究团队更进一步，成功研发出栅极（晶体管内控制电流的部件）仅长 1 纳米的晶体管——比一条 DNA 链还小（2.5 纳米）。不过随着芯片技术的不断发展，“摩尔定律”也逐渐遇到了物理法则的限制，自进入 21 世纪以来，出现了“放缓”的迹象。目前，晶体管的体积已经达到纳米级别，继续缩小的可能性正逐渐变小，“摩尔定律”所欲言的发展轨迹似乎已逼近极限。事实上，芯片界也意识到晶体管尺寸接近下限这一现实。去年以英特尔、AMD 和 Global Foundries 为代表的美国半导体工业协会发表报告称，到 2021 年，硅晶体管尺寸的缩小将不再是一件经济可行的事情。取而代之，芯片将以另一种方式发生改变。基于光子学的新型芯片或将打破这一僵局近来，研发人员将目光从增加晶体管数量逐渐转移至提升晶体管效率上，希望建造出信息处理效率更高的新型芯片。“与光子学结合的芯片技术，将成为电子行业的未来。”——以密西根大学材料学家 Arnab Hazari 为代表的科学家表示。目前，晶体管依赖于电子移动来实现信息传递。而在芯片中由于光子不受电磁阻力等的影响，所以其传播速度比电子快，可达二十倍以上。这意味着如果将半导体通路中的电子信号替换为光子，则芯片在不改变大小的情况下，计算机运算速度也能加快数十倍——如果按“摩尔定律”的逻辑，实现这一目标需耗费十几年以上的时间。而近年来科学家们在光子芯片研究中的突破也证实了这一方案的可行性。2015 年年末，来自美国的研究团队开发出全球首款利用激光来进行数据传输的光子芯片。该款芯片每平方毫米的信息处理速度达 300Gbps，比现有标准处理器快 10 倍。这表明，光子芯片在提升计算机运算速率上具有巨大的潜力。此外不少公司也抓住了这个转变的机遇，纷纷加入新技术研发的“战局”。如英国公司 Optalysys 正研发基于光子技术的、专用于处理基因组数据的高性能电脑；而法国公司 LightOn 则致力于开发以激光技术为基础的数据处理系统。不过光子芯片的研发现仍处于初级阶段。若要正式落地，真正走向商业化，研发人员还面临着不少挑战——如何将新型光子芯片与现有计算机的电子通路更好地结合，如何实现更稳定的光子控制技术等。Arnab Hazari 总结道，虽然与已经发展了几十年的电子芯片相比，光子设备现阶段所能执行的任务较少。但随着研究的深入，光子芯片将很快赶上传统芯片的速度，成为新生代计算机的核心技术。
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