电子计算机的运算极限,经典电子计算机的极限..doc

快来打我* 2023-01-23 15:53 27阅读 0赞

文档介绍：

经典电子计算机的极限

2015年,经典电子计算机如日中天,类脑电子计算机方兴未艾,并行量子计算机前途无量,类脑量子计算机初现曙光,超人脑智慧结构悄然孕育。曾大江认为超人脑智慧结构是人脑、电子计算机和量子计算机的共同终点,也是人类文明实现永恒的起点。未来的电子计算机将使用三种架构的处理器:经典架构的处理器、类脑架构的处理器和混合架构的处理器。未来的量子计算机也将使用三种架构的处理器:并行架构的处理器、类脑架构的处理器和混合架构的处理器。本文要探讨的是经典电子计算机的极限。

截至2014年14纳米桌面CPU、16核服务器CPU和1024位GPU已经上市,液氮超频达到8.7GHz,450mm晶圆工厂正在建设。在实验室中,S晶体管的开关速度可达10GHz,240nm石墨烯晶体管的开关速度可达100GHz,硅锗晶体管的开关速度可达350GHz,12.5nm磷化铟和\*\*\*化铟镓晶体管的开关速度可达845GHz,50nm石墨烯晶体管的开关速度可达1THz,数万个1.4nm宽30nm长的碳纳米晶体管构成的芯片已经实现。这说明经典电子计算机还有很大的发展空间。最小线宽、晶圆直径、主频、核心数量、位宽和经典超级电子计算机的运算速度是衡量经典电子计算机发展状况的6个关键性指标,而类脑电子计算机和量子计算机的发展状况是影响经典电子计算机未来的两个关键因素。因此,曾大江认为线宽、晶圆、主频、核心数量、位宽、经典超级电子计算机的运算速度、类脑电子计算机和量子计算机的发展是描述和决定经典电子计算机未来的发展状况的八个基本要素。基于对这八个基本要素的分析和假设,曾大江提出

经典电子计算机“八要素假说”:

1、假设线宽再减小10倍耗时16年,2030年经典半导体工艺达到物理极限1纳米;

2、假设2020年之后,核心数量平均每2年增加一倍,2040年多核CPU达到晶圆极限16k核;

3、假设晶圆升级换代的平均时间为14年,2045年晶圆达到成本极限800mm;

4、假设主频提高10倍平均耗时12年,2057年桌面CPU主频达到商用极限10THz;

5、假设2031年之后,桌面CPU的位宽平均每2年增加一倍,2073年高位CPU达到市场极限1G位;

6、假设经典超级电子计算机的运算速度每10年提高1000倍,2088年经典超级电子计算机达到实际极限每秒1039次。

经典电子计算机的极限就是由若干颗1纳米1G位16k核10THz经典架构CPU构成的运算速度为每秒1039次的经典超级计算机,这个极限将在2088年达到。

2030年经典半导体工艺达到物理极限1纳米

在单晶硅中,每个硅原子都与相邻的4个硅原子用共价键形成一个正四面体,共价键的键角是109度28分,每个硅原子都位于这个正四面体的中心。两个相邻的硅原子相距0.246nm,三个相邻的硅原子在一条直线上投影出三个点ABC,其中AB相距0.246nm,BC相距0.085nm,AC相距

0.341nm。因此,1nm的直线上有6个硅原子的投影点。在1nm的尺度上量子效应已经比较显著了,但通过技术创新,把经典半导体工艺延续到1nm尺度也是可能的。因此,曾大江认为经典半导体工艺的物理极限是1nm。

经典半导体工艺从10um到1um耗时8年,再到0.13um耗时12年,再到14nm耗时13年,即从10um到14n