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计算技术能推进到何种极限?

随着六大超大规模计算公司今年计划投入超过700亿美元用于计算基础设施——约为2025年纪录的两倍——业界对计算能力的需求达到新高度1。但传统的技术进步路径正在放缓:摩尔定律已放缓,丹纳德定律已结束,库梅定律开始下滑1。尽管晶体管密度在过去80年增长了10个数量级,达到每平方毫米1亿多个晶体管1,计算机芯片仍然远未接近由量子力学、广义相对论和信息论决定的理论物理极限1。

计算技术面临四项根本性限制。在计算速度方面,理论极限比当今芯片快35个数量级1。能量消耗受制于Landauer最小值,该原理规定擦除一比特必须释放最少2.9×10^-21焦耳的热量1。存储密度方面,Bekenstein极限表明某区域可存储约10^42比特信息1。通信速率则由Holevo极限决定,光子流传输信息的最大速率约为10^17比特每秒1。

为突破这些限制,研究者正在探索多个方向。Vaire Computing公司在2025年测试了首款可逆逻辑芯片1,该方法有望降低能量消耗。DNA存储技术也展现潜力,以约30个原子存储一比特信息,远优于费曼早期估计的125原子1。量子计算等新型计算范式也被视为突破方向1。


来源

  1. MIT Technology ReviewHow far can we push computing?

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