后摩爾定律時代誰來主導(dǎo)芯片產(chǎn)業(yè)

　　惠普實驗室已利用30納米寬的鈦線和鉑線制造出交叉線設(shè)計的原型，而采用的材料和工藝類似于目前半導(dǎo)體行業(yè)所用的材料和工藝?；萜展镜难芯咳藛T認為，每條線的寬度最小能做到8納米。另外也有幾個研究小組在研究用硅、鈦和硫化銀做成交叉線。

　　光子計算：與光一樣快

　　替代硅芯片的全新技術(shù)仍然還處于研發(fā)初期，真正的商用產(chǎn)品可能十年后才會問世，但摩爾定律到那時可能走到頭了，所以研究人員不得不研發(fā)新的解決辦法—光學計算就是其中之一。

　　在光學計算中，載送信息的不是電子，而是光子。光子的載送速度要快得多，達到了光速;不過，要控制光也困難得多。通信線路中的光纜沿線處的光學開關(guān)其制造技術(shù)取得了進展，這有助于光學計算的研究。出人意料的是，最重要的研究其目的卻是，研制出介于多核芯片上傳統(tǒng)處理器之間的光學互連器件。并行處理信息的處理器核心之間要來回傳送大量數(shù)據(jù)，所以連接處理器核心的引線會成為瓶頸，而光學互連器件有望改善數(shù)據(jù)傳送?；萜諏嶒炇业难芯咳藛T正在評估可將傳送的信息量增加兩個數(shù)量級的設(shè)計。

　　其他機構(gòu)組織正在研制光學互連器件來取代速度較慢的銅線，如今人們用銅線把處理器芯片與計算機里面的其他部件(如內(nèi)存芯片和DVD驅(qū)動器)連起來。英特爾和加州大學圣巴巴拉分校的工程師們采用常規(guī)的半導(dǎo)體制造工藝，利用硅和磷酸銦研制出了光學“數(shù)據(jù)管道”。不過，純粹的光學計算芯片的出現(xiàn)還需要在技術(shù)層面取得一些根本性突破。

　　分子計算：用分子做成電路

　　在分子計算中，代表1和0的是分子，而不是晶體管。當分子是生物分子時(如DNA)，這類計算稱為分子計算(參閱下文的“生物計算：能存活的芯片”)。為了區(qū)分，工程師可能會將非生物分子計算稱為分子邏輯或分子電子學。

　　典型的晶體管有三個端子(可以想象成字母Y)：源極、柵極和漏極。對柵極(Y的下半部)施加電壓后，就會引起電子在源極和漏極之間移動，形成1或0。從理論上來說，樹枝狀分子會引發(fā)信號以類似的方式移動。十年前，耶魯大學和賴斯大學的研究人員利用苯作為一種構(gòu)建材料，研制出了分子開關(guān)。

　　分子可能很小，所以用分子做成的電路可能比用硅做成的電路小得多。不過，一個現(xiàn)實的難題是必須找到制造復(fù)雜電路的方法。研究人員們認為，自組裝也許是一種解決辦法。2009年10月，賓夕法尼亞大學的一個科研小組單單利用促使自組裝的化學反應(yīng)，就把鋅和結(jié)晶硫化鎘轉(zhuǎn)變成金屬-半導(dǎo)體超晶格電路。

　　量子計算：表達出更多的信息

　　用一個個原子、電子甚至光子做成的電路元件將是尺寸最小的元件。在這么小的尺寸范圍內(nèi)，元件相互之間的聯(lián)系由量子力學(即解釋原子行為的一套定律)管理。量子計算機可能擁有異常驚人的密度和速度，但實際制造量子計算機及管理隨之出現(xiàn)的量子效應(yīng)卻困難重重。

　　原子和電子具有能在不同狀態(tài)下存在的特性，能夠組成量子比特(Qubit)。研究處理量子比特的幾種方法正在試驗中。一種名為自旋電子(Spintronics)的方法使用電子，電子的磁矩會在兩種旋轉(zhuǎn)方向中選擇其一。就好比一只球往一個方向或另一方向旋轉(zhuǎn)(分別表示1或0)。不過，兩個狀態(tài)還能共存于一個電子中，形成一種獨特的量子狀態(tài)，名為0和1的疊加(Superposition)。在疊加狀態(tài)下，一連串電子可以表示比一串只有普通比特狀態(tài)的硅晶體管多得多的信息。加州大學圣巴巴拉分校的科學家們已通過用蝕刻到金剛石上的空腔來俘獲電子，做成了許多不同的邏輯柵極。

　　在馬里蘭大學和美國國家標準技術(shù)研究所研究的另一種方法中，一串離子懸浮在帶電板之間，而激光可以快速轉(zhuǎn)動每個離子的磁定向(量子比特)。第二種方法是檢測離子發(fā)射出來的不同種類的光子，種類取決于離子的定向。

　　除了具有疊加優(yōu)點外，量子元件還能表示出更多的信息，如多個量子比特的信息狀態(tài)可以結(jié)合起來，從而獲得處理信息。