关注地球未来的5种电子技术

在现代电子工业的前80年左右的时间内，人们关注的重点是把东西做得更快、更小和更便宜。没有比摩尔定律更能抓住这个时代的本质了，正是摩尔定律成就了现代世界的许多奇迹。

今天，电子产品继续发展的目标不再是这个行业成形时期关注的重点，而是要考虑地球的未来：降低功耗。具体地讲，电子产品的发展宗旨是减少社会对发电用的石化燃料(如石油和煤炭)的依赖性，从而降低被许多科学家认为是造成气候变化的罪魁祸首的二氧化碳排放。

电子产品发展和功效之间的关系遵循着领先于摩尔定律并且更陡的趋势线。举例来说，目前普通笔记本电脑的能效(用每千瓦时的运算能力表示)就比20世纪50年代的真空管计算机高得多。将这个趋势线向后延伸十年，一些人相信届时的笔记本电脑将不再需要电源，只需环境光线就能运行。

本文将讨论5种正在上述能源创新中发挥重要作用的电子技术。这5种技术排名不分先后，而且仍有待于进一步确认。但这些创新技术对地球而言具有举足轻重的影响。

晶体管：走向三维空间

假设固态革命从未发生，我们仍然生活在真空管计算的世界。那样的话，不仅我们的笔记本电脑的体积要大得多(想像一下，有4间卧室那么大)，而且它们执行同一操作需要更加庞大的电能--可能是现在的1万亿倍。

从40年代和50年代的ENIAC真空管计算机到现在，每千瓦时的运算能力每1.6年翻一倍，斯坦福大学的顾问教授Jonathan Koomey指出。Koomey曾在2009年与他人合作发表过一篇详细介绍计算机能耗与性能之间关系的论文。

Koomey的研究报告指出，ENIAC计算机的每千瓦时(kWh)性能不到1kflops(103浮点操作/秒)，而今天的笔记本电脑理论上可以达到1pflops(1015flops)/kWh。

每千瓦时的运算能力。

随着计算机集成更强的运算能力，执行一次特定计算所需的能量将以超过摩尔定律的趋势迅速下降。今天的笔记本电脑能效值要比40年代的真空管计算机高出1万亿倍。

资料来源：Koomey。

Intel公司在今年5月初宣布正在对一款22nm微处理器中的三维“三门”晶体管做商用化处理，因此摩尔定律和代表运算能力/kWh的Koomey趋势线在今后至少几年时间内可确保得以延续。这是因为三门晶体管的创新鳍形架构只需32nm芯片中的2D平面晶体管的一半功耗就能达到与之相同的性能水平，Intel公司表示。更小、更快、更便宜......而且功效明显高出一大截。

推断几年后的功耗/性能趋势线，Koomey相信三维晶体管对移动计算演进、特别是无线传感器网络的信息收集潜能的利用前景有相当重要的意义。

还有，随着数据中心数量的不断增加，它们执行的操作将变得更具能效。目前全球数据中心耗能约占总电能的1%。理论上，所有事情都是公平的，使用三维晶体管IC架构的数据中心的数量翻倍对总的能源需求的影响是微不足道的，而性能水平可以提高很多。