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CPU|突破摩爾定律界限？光速CPU每秒運(yùn)算百萬(wàn)億次！關(guān)鍵是能量產(chǎn)嗎？( 二 )

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而幾乎同樣多的普通數(shù)字、字母或字符晶體管都是由硅制成的 ， 通常不導(dǎo)電硅是半導(dǎo)體 ， 這意味著它既不是真正的半導(dǎo)體導(dǎo)體也不是絕緣體 ， 但晶體管在計(jì)算機(jī)內(nèi)部是如何工作的呢？比如說(shuō) ， 你可以把幾個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)放在一起 ， 形成一個(gè)邏輯門 ， 它可以比較多個(gè)輸入電流并給出不同的輸出 。 邏輯門讓計(jì)算機(jī)使用一種稱為布爾代數(shù)的數(shù)學(xué)技術(shù)做出簡(jiǎn)單的決定 ， 除非你熱衷于設(shè)計(jì)并修改自己的邏輯門 ， 否則一般人是不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間去修改的 。

再回到我們剛才的話題 ， 晶體管和效率有千絲萬(wàn)縷的關(guān)系 。 大多數(shù)人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)摩爾定律和公理 ， 由英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出 。 該定律表明 ， 電子設(shè)備的速度和性能大約每?jī)赡攴环?， 事實(shí)上 ， 每年科技公司都會(huì)推出更新、更快、更智能、更好的設(shè)備依賴于我們能否繼續(xù)無(wú)限期地縮小晶體管的尺寸 。 目前 ， 像英特爾這樣的公司正在大規(guī)模生產(chǎn)直徑為14納米的晶體管 ， 僅比dna分子寬14倍 。 這一壯舉要?dú)w功于硅 ， 硅的原子尺寸約為0.2納米 ， 而今天的晶體管約有70個(gè)硅原子寬 ， 所以制造它們的可能性相當(dāng)大 。

但是不可否認(rèn)的事實(shí)是 ， 我們已經(jīng)非常接近制造晶體管的極限 ， 因此我們?nèi)绾卫^續(xù)從我們的設(shè)備中獲得更高的性能 ， 這就是ibm研究光學(xué)電路的原因 ， 據(jù)了解 ， 該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種可以取代電子晶體管的高能效光學(xué)開(kāi)關(guān) ， 簡(jiǎn)稱光晶體管 。 在操作光子而非電子的新一代計(jì)算機(jī)中 ， 除了直接省電之外 ， 這種開(kāi)關(guān)不需要冷卻 ， 每秒運(yùn)算速度達(dá)到100萬(wàn)億次 ， 比當(dāng)今頂尖的商用晶體管快100到1000倍 。

我們知道大多數(shù)現(xiàn)代電子晶體管需要比這種光學(xué)電路慢幾十倍的時(shí)間處理問(wèn)題 ， 除了性能問(wèn)題外 ， 用于開(kāi)關(guān)和使用單電子實(shí)現(xiàn)可比效率的開(kāi)關(guān)的能量也要慢得多 。 相互競(jìng)爭(zhēng)的節(jié)能電子晶體管也往往需要笨重的冷卻設(shè)備 ， 這會(huì)消耗大量功率 ， 并將其計(jì)入運(yùn)行成本 ， 因?yàn)橐ＷC新開(kāi)關(guān)在室溫下方便地工作 。

而光晶體管似乎不存在這些問(wèn)題 ， 不僅如此 ， 光晶體管開(kāi)關(guān)可以作為一個(gè)組件 ， 通過(guò)以光信號(hào)的形式在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)來(lái)連接設(shè)備 。 它還可以作為一個(gè)放大器 ， 將入射激光束的強(qiáng)度提高高達(dá)23000倍！那么光晶體管如何工作呢？

【CPU|突破摩爾定律界限？光速CPU每秒運(yùn)算百萬(wàn)億次！關(guān)鍵是能量產(chǎn)嗎？】該設(shè)備依靠?jī)蓚€(gè)激光器將其狀態(tài)設(shè)置為零或一 ， 并在兩個(gè)之間切換一束非常弱的控制激光束用于打開(kāi)或關(guān)閉另一束更亮的激光束 ， 控制光束中只需要幾個(gè)光子 ， 這就是為什么該設(shè)備如此高效 ， 因?yàn)楣馑偈怯钪嬷凶羁斓乃俣?。 開(kāi)關(guān)發(fā)生在一個(gè)微腔內(nèi)部 ， 該微腔是一個(gè)35納米薄的有機(jī)半導(dǎo)體聚合物 ， 夾在高反射無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)之間 ， 以這種方式構(gòu)建的微腔可以保持當(dāng)光子與空腔材料中的束縛電子-空穴對(duì)或出射子強(qiáng)烈耦合時(shí) ， 入射光被盡可能長(zhǎng)時(shí)間地困在空腔材料中 ， 以利于其與空腔材料的耦合 。

當(dāng)兩種激光中較亮的泵浦激光照射在開(kāi)關(guān)上時(shí) ， 這會(huì)產(chǎn)生短壽命的激子極化子——一種準(zhǔn)粒子 ， 并且處于開(kāi)關(guān)操作的核心 ， 這會(huì)在準(zhǔn)確的位置產(chǎn)生數(shù)千個(gè)相同的準(zhǔn)粒子 ， 形成所謂的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體 ， 玻色–愛(ài)因斯坦凝聚是玻色子原子在冷卻到接近絕對(duì)零度所呈現(xiàn)出的一種氣態(tài)的、超流性的物質(zhì)狀態(tài)（物態(tài)） 。

緊接著 ， 這些粒子會(huì)對(duì)器件的零邏輯狀態(tài)和一邏輯狀態(tài)進(jìn)行編碼 ， 以便在器件的兩個(gè)能級(jí)之間切換 。 研究團(tuán)隊(duì)在泵浦激光脈沖到達(dá)前不久使用控制激光脈沖對(duì)凝聚體進(jìn)行播種 ， 從而刺激能量轉(zhuǎn)換 。 通過(guò)泵浦激光增加冷凝液中準(zhǔn)粒子的數(shù)量 ， 其中的大量粒子對(duì)應(yīng)于設(shè)備的一種狀態(tài) 。 研究人員進(jìn)行了幾次調(diào)整 ， 以確保低功耗 。

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