Không nghi ngờ gì nữa, cuộc sống hiện đại của chúng ta phụ thuộc vào máy tính, và máy tính phụ thuộc vào chip xử lý dựa trên silicon. Máy tính tiếp tục cải tiến theo thời gian do sức mạnh xử lý tốt hơn.
Định luật Moore là nhận định rằng chip máy tính nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và sản xuất rẻ hơn với tốc độ có thể dự đoán được. Khoảng mười tám tháng một lần, số lượng bóng bán dẫn được đặt trên chip silicon tăng gấp đôi. Mỗi thế hệ chip máy tính mới có hiệu suất tăng nhỏ hơn so với thế hệ trước.
Định luật Moore không phải là một định luật như Ba định luật chuyển động của Newton. Thay vào đó, nó là một quan sát về những gì đang xảy ra trong ngành công nghiệp sản xuất chip.
Định luật Moore sẽ kết thúc. Sẽ có lúc chúng ta không thể lắp nhiều bộ xử lý hơn vào một chip silicon duy nhất. Chip silicon dường như đã đạt đến đỉnh cao khi nói đến hiệu suất và hiệu quả. Khi nó kết thúc, các chip silicon sẽ không thể chứa các bóng bán dẫn bổ sung nữa. Tuy nhiên, các máy tính và công nghệ mới sẽ yêu cầu bộ xử lý mạnh mẽ và nhanh nhẹn hơn.
Mặc dù một số người tin rằng vẫn có thể có những cải tiến về tốc độ theo kiểu Định luật Moore cho đến ít nhất là năm 2025, nhưng có nguy cơ là Định luật Moore sẽ kết thúc trước khi một sự thay thế khả thi sẵn sàng, vì vậy chúng ta cần khám phá các giải pháp thay thế cho máy tính dựa trên silicon ngày nay .
Máy tính lượng tử
Điện toán lượng tử sử dụng sức mạnh của vật lý lượng tử, khai thác sức mạnh của các hạt hạ nguyên tử. Nó sẽ cung cấp sức mạnh và tốc độ xử lý không thể tưởng tượng được hiện nay được cung cấp bởi cái mà họ gọi là “qubit”.
Vấn đề chính của điện toán lượng tử hiện nay là những người làm việc với khái niệm này vẫn chưa vượt qua được tốc độ hoàn thành nhiệm vụ bằng công nghệ dựa trên silicon thông thường. Tốc độ đó vẫn nằm ngoài tầm với.
Graphene và ống nano carbon
Graphene là một lớp nguyên tử carbon được cho là vật liệu mạnh nhất trên trái đất. Nó cứng hơn thép 200 lần nhưng vẫn đủ đàn hồi để kéo dài thêm 20% đến 25% chiều dài ban đầu. Nó đặc biệt nhẹ và dẫn nhiệt và điện tốt hơn các vật liệu đã biết khác. Graphene được làm từ carbon, vì vậy nó rất dồi dào, nhưng có thể phải mất nhiều năm nữa mới có thể đưa vào sản xuất thương mại.
Graphene không thể được sử dụng như một công tắc. Chất bán dẫn silicon có thể được bật và tắt bằng dòng điện, nhưng graphene thì không thể, vì vậy việc sử dụng graphene sẽ dẫn đến máy tính không thể tắt được.
Nếu graphene có thể thay thế chip silicon, chúng tôi thấy khả năng công nghệ như máy tính xách tay có thể gập lại, bóng bán dẫn nhanh như chớp và điện thoại di động sẽ không bị vỡ.
Logic từ tính nano
NML phụ thuộc vào các mảng nano từ. Các nam châm này có kích thước từ vài nanomet đến vài trăm nanomet. Nanomagnets hoạt động giống như silicon, nhưng thay vào đó, quá trình này dựa vào sự chuyển đổi của từ hóa để tạo ra mã nhị phân. Nó sử dụng tương tác lưỡng cực đến lưỡng cực (tương tác giữa cực bắc và cực nam của nam châm) để truyền dữ liệu và bởi vì nó không cần điện, nó chỉ cần một lượng nhỏ điện năng để chạy.
Điện toán lạnh
Mặc dù đây không nhất thiết phải là một công nghệ hoàn toàn mới, nhưng nó là một khái niệm mà các nhà sản xuất xem như một cách để kéo dài tuổi thọ của Định luật Moore. Bằng cách giảm nhiệt độ của chip, sẽ có ít rò rỉ dòng điện hơn. Nhiệt độ lạnh đó sẽ làm giảm điện áp ngưỡng mà tại đó các bóng bán dẫn chuyển đổi. Sử dụng máy tính lạnh có thể giúp chúng tôi tăng thêm từ bốn đến mười năm mở rộng về hiệu suất và sức mạnh của bộ nhớ.
Chất bán dẫn phức hợp
Chất bán dẫn được tạo ra từ hai hoặc nhiều nguyên tố nhanh hơn và hiệu quả hơn silicon một mình. Các chất bán dẫn này đã có sẵn và sẽ sớm được đưa vào điện thoại 5G và 6G, mang lại cho chúng tốc độ cao hơn, kích thước nhỏ hơn và tuổi thọ pin tốt hơn.
Nguyên tử
Công nghệ đã phát triển đến mức chúng ta có thể điều khiển vật liệu xuống cấp độ nguyên tử. Công nghệ chip cũng không ngoại lệ. IBM đã nghĩ ra một cách khả thi để lưu trữ dữ liệu trên một nguyên tử. Ngày nay, cần 100.000 nguyên tử để lưu trữ một đơn lẻ 1 hoặc 0.
Các nguyên tử về bản chất là không ổn định, vì vậy, để đây là một lựa chọn khả thi, sẽ cần nhiều logic hơn cho những thứ như sửa lỗi.
Những thay thế nào có nhiều khả năng xảy ra nhất?
Chất bán dẫn phức hợp là lựa chọn duy nhất cho các bộ xử lý dựa trên silicon còn khả thi ngày nay. Ngoài ra, công nghệ có vẻ hứa hẹn nhất ở thời điểm hiện tại là sử dụng điện toán từ nano. Cũng có thể máy tính của tương lai có thể chứa nhiều lớp công nghệ khác nhau, mỗi lớp để chống lại những nhược điểm của cái kia. Nhưng hiện tại, không ai có thể dự đoán chính xác máy tính của tương lai sẽ như thế nào.