基本介紹
- 中文名：未來計算機
- 採用的技術：微處理器以及創新水冷系統
- 主要元件：碳納米電晶體
- 運算速度：每秒浮點運算次數高達1000萬億次
- 體積大小：指甲般大小或更小
- 能源消耗：小
- 代表公司：IBM
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採用的技術
目前推出的一種新的超級計算機採用世界上速度最快的微處理器之一，並通過一種創新的水冷系統進行冷卻。新的Power 575超級計算機配置IBM最新的POWER 6微處理器，使用安裝在每個微處理器上方的水冷銅板將電子器件產生的熱量帶走。採用水冷技術的超級計算機所需空調的數量能夠減少80%，可將一般數據中心的散熱能耗降低40%。科學家估計用水來冷卻計算機系統的效率最多可比用空氣進行冷卻高出4000倍。這一綽號“水冷集群”的系統可支持擁有數百個節點的非常大型的集群，而且能夠在密集配置中實現極高的性能。
未來計算機
未來計算機主要元件
構成這個雙電晶體的材料是碳納米管，一個比頭髮還細10萬倍的中空管體。碳納米管是自然界中最堅韌的物質，比鋼還要堅韌十倍；而且它還具有超強的半導體能力，IBM的科學家認為將來它最有可能取代矽，成為製造電腦晶片的主要材料。IBM物理科學主管Supratik稱，“模擬顯示，用碳納米管做成的晶片要比傳統的矽晶片速度高出5倍之多。”將來利用碳納米管技術製造的微處理器會使計算機變得更小、速度更快、更加節能。蘭迪·伊薩克博士介紹：“這是一個巨大的科學突破，我們第一次在單分子上製造出計算機最基本的電路元件，這是碳分子，而不是矽。這將使未來的計算機製造出現更多突破，有可能出現三維計算機，它的基本材料將不再是矽，它會更小、 更快、更便宜，能完成很多以前無法做到的任務。”
未來計算機
未來計算機計算機電晶體的體積越小，電流傳輸的路徑就越少，運行速度就越快。根據摩爾定律，每18個月，積體電路中可容納的電晶體數目會呈幾何級增長，從而使計算機晶片的性能翻倍提高。但是，有人預言在未來的10－15年間，由於矽的物理特性，目前普遍使用的矽電晶體製造技術將發展到極限，難以繼續，對此IBM公司認為，到那時碳納米管的時代將到來，它將使處理器的體積更小、能集成更多的電晶體，進一步提高計算機的性能。
碳納米管是日本NEC公司在1991年發現的；1998年，IBM和NEC的科學家聯合製造出納米電晶體，完成了製造碳納米電晶體的第一步。如今，IBM製造出了這種由一個正極和一個負極組成的最小雙電晶體，最後一步就是將它們嵌入積體電路，連線起來，開始處理複雜的運算。
IBM的科學家表示，利用碳納米管技術生產產品還需要再等上10年或更長時間。
2013年，據 紐約時報報導，IBM最近宣布在碳納米管晶片製造技術上取得突破性進展，有望讓摩爾定律在下一個十年中繼續生效下去。
運算速度
根據美國專家表示,新一代的超級電腦很可能在明年問世,其每秒浮點運算次數可高達1000萬億次,大約是位於美國加州勞倫斯利佛摩國家實驗室中的“藍基因/L”電腦的2倍快.這種千兆級超級電腦的超強運算能力很可能加速各種科學研究的方法,促成科學重大新發現。
根據華盛頓郵報3日報導指出,千兆級電腦的運算能力相當於逾一萬台桌上型電腦的總和,在普通個人電腦上得窮畢生時間才能完成的運算,在現今的超級電腦上大概得花5小時完成,若使用千兆級電腦則僅需2小時.
在新一代的超級電腦中,以美國IBM公司與美國能源部在洛薩拉摩斯國家實驗室所共同打造的“路跑者”(Roadrunner )超級電腦最有希望率先完成,這台電腦運算時所耗費的電量也高達400萬瓦,足以點亮一萬顆燈泡。
體積大小
這個名為鰭式場效電晶體（FinField-effect transistor）是一種新的互補金屬氧化物半導體（CMOS）電晶體，其長度小於25毫微米，未來可以進一步縮小到9毫微米。這大約是人類頭髮寬度的一萬分之一。
這是半導體技術上的一大突破，未來的晶片設計師可望將超級電腦設計成只有指甲大小。
鰭式場效電晶體源自於目前傳統標準的場效電晶體的一項創新設計。在傳統的電晶體結構中，控制電流經過的閘門只能在其一側，通過它控制電路的接通與開關。在鰭式場效電晶體結構中，閘門設計成魚鰭形狀，可讓電晶體的兩側控制電路的接通和開關。這種設計大大改善了電路的可控性並減少漏電，也可以大幅度縮短電晶體的閘長。
台積電成功使用現有設備生產出鰭式場效電晶體，這證明傳統電晶體在製作過程中，目前遇到的漏電及過熱產生的難題可以得到解決。這預示著金氧半導體製作生產線可以再延續20年以上，它也將為半導體業帶來新的前景。
能源消耗
隨著電腦技術的飛速發展，多核晶片的迅速普及，電腦的功耗成倍增長，而在有限的能源下如何去降低功耗這也成為了目前越來越多的用戶關注的問題，所以目前，新標準要想獲得更多用戶的認可必須要從低功耗方面發展。全球的PC數量每年都在飛速增長。每年PC的耗電量也是相當驚人的，即使是每台PC減低1W的幅度，其省電量都是非常可觀的。
半導體市場調查機構iSuppli也曾預測DDR3記憶體將會在2008年替代DDR2成為市場上的主流產品，iSuppli認為在那個時候DDR3的市場份額將達到55%。不過，就具體的設計來看，DDR3與DDR2的基礎架構並沒有本質的不同。從某種角度講，DDR3是為了解決DDR2發展所面臨的限制而催生的產物。
從規格來看，DDR3仍將沿用FBGA封裝方式，故在生產上與DDR2記憶體區別不大。但是由設計的角度上來看，因DDR3的起跳工作頻率在1066MHz，這在電路布局上將是一大挑戰，特別是電磁干擾，因此也將反映到PCB上增加模組的成本。
預計在DDR3進入市場初期，其價格將是一大阻礙，而隨著逐步的普及，產量的提升才能進一步降低成本。
降低功耗為業界造福
DDR3記憶體在達到高頻寬的同時，其功耗反而可以降低，其核心工作電壓從DDR2的1.8V降至1.5V，相關數據預測DDR3將比現時DDR2節省30%的功耗，當然發熱量我們也不需要擔心。就頻寬和功耗之間作個平衡，對比現有的DDR2-800產品，DDR3-800、1066及1333的功耗比分別為0.72X、0.83X及0.95X，不但記憶體頻寬大幅提升，功耗比表現也比上代更好。
如今，DDR已經成為歷史被全面淘汰，DDR2也將成為強弩之末，從DDR2記憶體的價格就可以看出，DDR2記憶體已經走向沒落，不過在短時間內，DDR2記憶體是不會消失在大家視野的。但是，目前無論是Intel還是AMD都已經暗示著DDR3記憶體的時代即將到來，尤其是Intel已經推出了多款支持DDR3的晶片組。作為最新的記憶體規格，DDR3把電壓降低到了1.5v，預讀取設計位數從4bit提升至8bit，在提高電氣性能的同時有效解決了記憶體頻寬的瓶頸，除此之外，DDR3記憶體在製作工藝上得到了改進，並新增了重置（Reset）功能和ZQ校準功能，為節能以及高頻率下穩定工作奠定了基礎，可以看到DDR3記憶體是下一代CPU的完美搭檔。
未來電腦的能耗會按二個極端發展,易用型向低能耗發展,高端的會向更大功率發展.
第五代計算機
第五代計算機指具有人工智慧的新一代計算機，它具有推理、聯想、判斷、決策、學習等功能。計算機的發展將在什麼時候進入第五代?什麼是第五代計算機?對於這樣的問題，並沒有一個明確統一的說法。日本在1981年宣布要在10年內研製“能聽會說、能識字、會思考”的第五代計算機，投資千億日元並組織了一大批科技精英進行會戰。這一宏偉計畫曾經引起世界矚目，並讓一些美國人恐慌了好一陣子，有人甚至驚呼這是“科技戰場上的珍珠港事件”。現在回頭看，日本原來的研究計畫只能說是部分地實現了。到了今天還沒有哪一台計算機被宣稱是第五代計算機。
但有一點可以肯定，在未來社會中，計算機、網路、通信技術將會三位一體化。新世紀的計算機將把人從重複、枯燥的信息處理中解脫出來，從而改變我們的工作、生活和學習方式，給人類和社會拓展了更大的生存和發展空間。當歷史的車輪駛入二十一世紀時，我們會面對各種各樣的未來計算機。
能識別自然語言的計算機
未來的計算機將在模式識別、語言處理、句式分析和語義分析的綜合處理能力上獲得重大突破。它可以識別孤立單詞、連續單詞、連續語言和特定或非特定對象的自然語言(包括口語)。今後，人類將越來越多地同機器對話。他們將向個人計算機“口授”信件，同洗衣機“討論”保護衣物的程式，或者用語言“制服”不聽話的錄音機。鍵盤和滑鼠的時代將漸漸結束。
高速超導計算機
雷射計算機
與電子計算機相似之處是，激光計算機也靠一系列邏輯操作來處理和解決問題。光束在一般條件下的互不干擾的特性，使得雷射計算機能夠在極小的空間內開闢很多平行的信息通道，密度大得驚人。一塊截面等於5分硬幣大小的稜鏡，其通過能力超過全球現有全部電纜的許多倍。
分子計算機
量子計算機
量子力學證明，個體光子通常不相互作用，但是當它們與光學諧腔內的原子聚在一起時，它們相互之間會產生強烈影響。光子的這種特性可用來發展量子力學效應的信息處理器件——光學量子邏輯門，進而製造量子計算機。量子計算機利用原子的多重自旋進行。量子計算機可以在量子位上計算，可以在0和1之間計算。在理論方面，量子計算機的性能能夠超過任何可以想像的標準計算機。
DNA計算機
科學家研究發現，脫氧核糖核酸(DNA)有一種特性，能夠攜帶生物體的大量基因物質。數學家、生物學家、化學家以及計算機專家從中得到啟迪，正在合作研究製造未來的液體DNA電腦。這種DNA電腦的工作原理是以瞬間發生的化學反應為基礎，通過和酶的相互作用，將發生過程進行分子編碼，把二進制數翻譯成遺傳密碼的片段，每一個片段就是著名的雙螺旋的一個鏈，然後對問題以新的DNA編碼形式加以解答。
和普通的電腦相比，DNA電腦的優點首先是體積小，但存儲的信息量卻超過現在世界上所有的計算機。
第六代計算機
神經元計算機
人類神經網路的強大與神奇是人所共知的。將來，人們將製造能夠完成類似人腦功能的計算機系統，即人造神經元網路。神經元計算機最有前途的套用領域是國防：它可以識別物體和目標，處理複雜的雷達信號，決定要擊毀的目標。神經元計算機的聯想式信息存儲、對學習的自然適應性、數據處理中的平行重複現象等性能都將異常有效。
生物計算機
生物計算機主要是以生物電子元件構建的計算機。它利用蛋白質有開關特性，用蛋白質分子作元件從而製成的生物晶片。其性能是由元件與元件之間電流啟閉的開關速度來決定的。用蛋白質製成的計算機晶片，它的一個存儲點只有—個分子大小，所以它的存儲容量可以達到普通計算機的十億倍。由蛋白質構成的積體電路，其大小隻相當於矽片積體電路的十萬分之一。而且運行速度更快，只有10的-11次方秒，大大超過人腦的思維速度。
未來趨勢
晶片級節能技術
晶片級節能技術主要包括CPU功耗控制、CPU頻率調整和專用低功耗部件。
CPU加工工藝的不斷提升，多核及CPU中集成記憶體控制器，在提高性能的同時，降低了主機板晶片組的功耗。另一方面，通過降低電壓和頻率也可以降低CPU的動態功耗，在CPU功耗控制方面，如Intel推出的動態功耗節點管理器（DynamicNodeManagement）是一個內嵌於英特爾伺服器晶片組的帶外(OOB)功率管理策略引擎。它與BIOS和作業系統功耗管理(OSPM)協作，動態地調整平台功耗，從而實現伺服器）性能/功耗的最大化。在專用低功耗部件研究方面，包括上海瀾起公司研發的高級記憶體快取AMB晶片、SSD固態電子硬碟等技術與產品。
基礎架構級節能技術
基礎架構級節能技術主要包括液冷、存儲製冷、高效能電源、高效能散熱冷卻技術等諸多技術。
高效能散熱冷卻技術包括研究效率更高的散熱方式和性能更好的冷卻設備，如HPPARSEC體系結構(ParallelRedundantScalableEnterpriseCooling)、IBM的機房冷卻系統等。存儲製冷（StoredCooling）指預先基於製冷設備存儲部分製冷能力，在需要時再有效釋放，類似電池的儲電功能，如IBM基於存儲冷卻技術的機房冷卻方案。液冷技術包括水冷及液態金屬製冷，由於其導熱能力強並且熱容更大，能夠更快的緩解負載突變造成的散熱壓力並吸收更多的熱量，在當前大型計算機中使用越來越普遍，如IBMCoolBlue機櫃系統。
系統級節能技術
在解決功耗方面，除採用上述CPU功耗控制、CPU工作頻率調整、液體冷卻、低功耗專用晶片、晶片級冷卻等技術以外，學術界和企業界也在研究系統級節能技術和產品，包括：基於負載情況動態調整系統狀態、實施部分節點或部件的休眠；根據各進程能耗的不同對CPU任務佇列進行調整，如將一些產生較多熱量的任務從溫度較高的CPU上遷移到溫度較低的CPU上從而實現能耗的均衡。如國家高性能計算機工程技術研究中心開發的自適應功耗管理系統，可實現基於能效的作業調度策略，IBMPowerExecutive允許用戶"計量"任何單一物理系統或一組物理系統的實際電力使用數據和趨勢數據，並可對實際用電量進行監視，並在系統、機箱或機架層次上對數據中心中的電耗和熱耗進行有效分配...
