液态金属有望在电子信息、先进制造、柔性机器人、生物医疗健康等领域带来颠覆性变革

液态金属能给计算带来什么

2017-11-27 00:00 来源:人民日报 作者:记者 喻思南

  液态金属,在普通人看来,它可能是体温计中流动的水银,是高温锅炉中沸腾的铁水。可在科学家眼中,它是流动的软体生命,是连接人体神经的桥梁,是未来机器人变革的核心材料……不久前,我国一个科研小组在国际上率先将液态金属与量子器件及计算技术联系起来。更快更智能的计算,一直是人类追求的目标。液态金属是否预示着一场新的计算革命的到来?

  液态金属是常温常压下保持液态的一类合金,具有良好的导电性,蕴含着丰富的物理图景

  液态金属,从字面上理解,就是保持液体状态的金属。如镓铟合金,是常温常压下保持液态的一类合金。液态金属具有良好的导电性,蕴含着丰富的物理图景。

  那么,液态金属与计算变革又有啥关系?这得从计算机的原理谈起。

  以晶体管为代表的半导体元件是现代计算机的基本逻辑单元。其原理是,通过控制晶体管电压的高低,决定一个数据是“1”还是“0”,这一经典逻辑运算模式就是二进制。在此基础上,人们构建“加减乘除”等运算单元,发展出可编程的芯片,计算机得以走进你我生活。

  目前,芯片生产进入集成电路时代。通常,单位芯片上集成的晶体管数目越多,计算性能越好。科学界和产业界不断缩小晶体管的尺寸,提升单位面积的集成量。过去40多年,半导体芯片一直遵守着“摩尔定律”,即每隔18个月集成度翻一倍,性能提升一倍,产品价格降低一半。这保证了我们享受更低价更快速的计算体验。

  不过,计算机专家预计,随着晶体管逐渐走向物理极限,“摩尔定律”必定失效,计算机“进化”将遇到瓶颈。

  当前,14纳米的芯片已经量产,这一尺度相当于头发丝的七千分之一,这已经十分考验制作工艺了。未来的改进空间正逐渐缩小。

  此外,现代计算机遵循冯·诺依曼基本体系,该体系的硬件系统即由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成。这一体系助推了过去几十年计算机的高速发展,但它要求数据存储在内存、并依赖内存进行运算的思想,使得计算机的发展受到芯片的制约。

  一方面是传统计算机可以预见的发展瓶颈,另一方面是物联网、大数据、人工智能带来的对计算升级的需求。为了提升信息处理能力,研究人员或者发展多核芯片,或者探索有别于冯·诺依曼体系的架构,或超越经典物理世界开发新一代计算机,量子计算机就是后者的代表。

  液态金属让高度灵活性、智能性和可控性的柔性计算系统成为可能

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(责任编辑:李秀伟)
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