Utan tvekan beror vårt moderna liv på datorer och datorer är beroende av kiselbaserade processorchips. Datorer fortsätter att förbättras med tiden på grund av bättre processorkraft.
Moores lag är observationen att datorchips blir snabbare, är mer energieffektiva och billigare att producera i en förutsägbar takt. Ungefär var arton månader fördubblas antalet transistorer som placeras på ett kiselchip. Varje ny generation datachip har mindre prestandaförbättringar än den tidigare.
Moores lag är inte en lag som Newtons Three Laws of Motion. Istället är det en observation av vad som hände i chiptillverkningsindustrin.
Moores lag kommer att upphöra. Det kommer att finnas en tid då vi inte längre kommer att kunna montera fler processorer på ett enda kiselchip. Kiselchips verkar ha nått sin topp när det gäller prestanda och effektivitet. När det slutar kommer kiselchips inte längre att kunna hysa ytterligare transistorer. Nya datorer och teknik kräver dock mer kraftfulla och smidiga processorer.
Medan vissa tror att det fortfarande kan finnas Moores lagstilförbättringar i hastighet fram till minst 2025, finns det en risk att Moores lag kommer att upphöra innan en livskraftig ersättning är redo, så vi måste undersöka alternativ för kiselbaserad databehandling idag .
Quantum Computing
Kvantberäkning använder kvantfysikens kraft och utnyttjar kraften hos subatomära partiklar. Det kommer att leverera för närvarande otänkbar processorkraft och hastighet som tillhandahålls av vad de kallar ”qubits.”
Det största problemet med kvantberäkning just nu är att de som arbetar med konceptet ännu inte har gått förbi den hastighet med vilken en uppgift redan är klar med konventionell kiselbaserad teknik. Den hastigheten har förblivit precis utom räckhåll.
Grafen och kolnanorör
Grafen är ett enda lager av kolatomer som tros vara det starkaste materialet på jorden. Det är 200 gånger starkare än stål men ändå elastiskt nog för att sträckas ytterligare 20% till 25% av sin ursprungliga längd. Det är exceptionellt lätt och leder värme och elektricitet bättre än andra kända material. Grafen är gjord av kol, så det är extremt rikligt, men det kan ta flera år tills det är tillgängligt för kommersiell produktion.
Grafen kan inte användas som omkopplare. Kiselhalvledare kan slås på och av med en elektrisk ström, men grafen kan inte, så att använda grafen skulle resultera i en dator som inte kan stängas av.
Om grafen kan ersätta kiselchips ser vi möjligheten av teknik som vikbara bärbara datorer, blixtsnabba transistorer och mobiltelefoner som inte går sönder.
Nanomagnetisk logik
NML beror på matriser av nanomagneter. Dessa magneter varierar i storlek från några nanometer till några hundra nanometer. Nanomagneter fungerar som kisel, men istället är processen beroende av magnetiseringens omkoppling för att skapa den binära koden. Den använder dipol för att dipolinteraktioner (interaktionen mellan magnetens nord- och sydpol) för att överföra data, och eftersom den inte kräver elektricitet behöver den bara en liten mängd ström för att köra.
Cold computing
Även om detta inte nödvändigtvis är en helt ny teknik, är det ett koncept som tillverkarna ser som ett sätt att förlänga Moores lag. Genom att minska temperaturen på chipet kommer det att finnas mindre läckage av ström. Den kalla temperaturen kommer att minska tröskelspänningen vid vilken transistorer växlar. Att använda kall databehandling kan ge oss ytterligare fyra till tio år av skalning i minnesprestanda och kraft.
Sammansatta halvledare
Halvledare skapade av två eller flera element är snabbare och effektivare än kisel ensamt. Dessa halvledare är redan tillgängliga och kommer snart att hitta sig in i 5G- och 6G-telefoner, vilket ger dem snabbare, mindre storlek och bättre batteritid.
Atom
Teknik har utvecklats till den plats där vi är kan manipulera material ner till atomnivå. Chipteknik är inget undantag. IBM har tagit fram ett möjligt sätt att lagra data på en enda atom. Idag tar det 100 000 atomer att lagra en enda 1 eller 0.
Atomer är till sin natur instabila, så för att detta ska vara ett genomförbart alternativ krävs mer logik för saker som felkorrigering.
Vilka ersättare är mest troliga?
Sammansatta halvledare är det enda alternativet för kiselbaserade processorer som är livskraftiga idag. Utöver detta är den teknik som verkar vara den mest lovande just nu användningen av nanomagnetisk dator. Det är också möjligt att framtidens datorer kan innehålla lager av olika tekniker, var och en för att motverka nackdelarna med den andra. Men för närvarande kan ingen exakt förutsäga hur framtidens datorer kommer att se ut.