未來計算機

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“水冷集羣”的系統可支持擁有數百個節點的非常大型的集羣，而且能夠在密集配置中實現極高的性能。

IBM公司在2001年08月27日宣佈，他們的科學家已經制造出世界上最小的計算機邏輯電路，也就是一個由單分子碳組成的雙晶體管元件，這一成果將使未來的電腦芯片變得更小、傳輸速度更快、耗電量更少。

構成這個雙晶體管的材料是碳納米管，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硅，成為製造電腦芯片的主要材料。IBM物理科學主管Supratik稱，“模擬顯示，用碳納米管做成的芯片要比傳統的硅芯片速度高出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，而不是硅。這將使未來的計算機制造出現更多突破，有可能出現三維計算機，它的基本材料將不再是硅，它會更小、 更快、更便宜，能完成很多以前無法做到的任務。”

計算機晶體管的體積越小，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，集成電路中可容納的晶體管數目會呈幾何級增長，從而使計算機芯片的性能翻倍提高。但是，有人預言在未來的10－15年間，由於硅的物理特性，普遍使用的硅晶體管制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、能集成更多的晶體管，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的科學家聯合制造出納米晶體管，完成了製造碳納米晶體管的第一步。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晶體管，最後一步就是將它們嵌入集成電路，連接起來，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 紐約時報報道，IBM最近宣佈在碳納米管芯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。

根據美國專家表示,新一代的超級電腦很可能問世,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。

計算機世界網消息台宣佈，它成功使用比現有晶體管小九倍的微型晶體管，開發出功能強大的微晶片。這項突破可使未來的超級電腦只有指甲般大小。

這個名為鰭式場效晶體管（FinField-effect transistor）是一種新的互補金屬氧化物半導體（CMOS）晶體管，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。

鰭式場效晶體管源自於傳統標準的場效晶體管的一項創新設計。在傳統的晶體管結構中，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。在鰭式場效晶體管結構中，閘門設計成魚鰭形狀，可讓晶體管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，也可以大幅度縮短晶體管的閘長。

台積電成功使用現有設備生產出鰭式場效晶體管，這證明傳統晶體管在製作過程中，遇到的漏電及過熱產生的難題可以得到解決。這預示着金氧半導體制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。

隨着電腦技術的飛速發展，多核芯片的迅速普及，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越來越多的用户關注的問題，所以新標準要想獲得更多用户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內存將會在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內存區別不大。但是由設計的角度上來看，因DDR3的起跳工作頻率在1066MHz，這在電路佈局上將是一大挑戰，特別是電磁干擾，因此也將反映到PCB上增加模塊的成本。

預計在DDR3進入市場初期，其價格將是一大阻礙，而隨着逐步的普及，產量的提升才能進一步降低成本。

降低功耗為業界造福

DDR3內存在達到高帶寬的同時，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。就帶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，不但內存帶寬大幅提升，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內存的價格就可以看出，DDR2內存已經走向沒落，不過在短時間內，DDR2內存是不會消失在大家視野的。但是，無論是Intel還是AMD都已經暗示着DDR3內存的時代即將到來，尤其是Intel已經推出了多款支持DDR3的芯片組。作為最新的內存規格，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內存帶寬的瓶頸，除此之外，DDR3內存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內存是下一代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.

第五代計算機指具有人工智能的新一代計算機，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説法。日本在1981年宣佈要在10年內研製“能聽會説、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。這一宏偉計劃曾經引起世界矚目，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”。回頭看，日本原來的研究計劃只能説是部分地實現了。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、網絡、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脱出來，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”保護衣物的程序，或者用語言“制服”不聽話的錄音機。鍵盤和鼠標的時代將漸漸結束。

高速超導計算機

高速超導計算機的耗電僅為半導體器件計算機的幾千分之一，它執行一條指令只需十億分之一秒，比半導體元件快幾十倍。技術製造出的超導計算機的集成電路芯片只有3—5平方毫米大小。

激光計算機是利用激光作為載體進行信息處理的計算機，又叫光腦，其運算速度將比普通的電子計算機至少快1000倍。它依靠激光束進入由反射鏡和透鏡組成的陣列中來對信息進行處理。

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，使得激光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。

分子計算機正在醖釀。美國惠普公司和加州大學，1999年7月16日宣佈，已成功地研製出分子計算機中的邏輯門電路，其線寬只有幾個原子直徑之和，分子計算機的運算速度是計算機的1000億倍，最終將取代硅芯片計算機。

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象的標準計算機。

科學家研究發現，脱氧核糖核酸(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啓迪，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世界上所有的計算機。

人類神經網絡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，即人造神經元網絡。神經元計算機最有前途的應用領域是國防：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芯片。其性能是由元件與元件之間電流啓閉的開關速度來決定的。用蛋白質製成的計算機芯片，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。由蛋白質構成的集成電路，其大小隻相當於硅片集成電路的十萬分之一。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。

芯片級節能技術

芯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中集成內存控制器，在提高性能的同時，降低了主板芯片組的功耗。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服務器芯片組的帶外(OOB)功率管理策略引擎。它與BIOS和操作系統功耗管理(OSPM)協作，動態地調整平台功耗，從而實現服務器）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內存緩存AMB芯片、SSD固態電子硬盤等技術與產品。

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、低功耗專用芯片、芯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任務隊列進行調整，如將一些產生較多熱量的任務從温度較高的CPU上遷移到温度較低的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允許用户"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...