未來計算機技術展望

1、前言

計算機的發(fā)展將趨向巨型化、微型化、網絡化多媒體化和智能化。自從1944年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)計算機的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計算機發(fā)展的突破口，新型計算機的研發(fā)應運而生。未來量子、光子、分子和納米計算機將具有感知、思考、判斷、學習以及一定的自然語言能力，使計算機進人人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術革命，對人類社會的發(fā)展產 生深遠的影響。

2、未來計算機的發(fā)展方向

2.1．未來計算機將向巨型化方向發(fā)展

首先，未來計算機將向巨型化方向發(fā)展。那么，什么叫做巨型化呢？巨型化的計算機在未來有什么用處呢？

所謂的巨型機是一種高速度，高精度，內存容量大和功能強的計算機，其運行速度一般在每秒一億次以上，現在人們已經研制出來每秒運行速度達上百億次的巨型計算機，這類的計算機主要用于核工業(yè)，航天，軍事等尖端科技領域，是一個國家計算機技術水平和現代科學技術水平的標志。

目前，能夠擁有并制造機型計算機的國家不多，我國在這方面處于世界領先地位。2017年6月17日，在德國萊比錫開幕的2017年國際超級計算機大會上，TOP500組織公布了最新全球超級計算機500強排行榜榜單，中國國防科技大學研制的天河二號超級計算機，以每秒33.86千萬億次的浮點運算速度奪得頭籌，中國“天河二號”成為全球最快超級計算機。

2.2．微型化將是未來計算機的又一特點

上海第二工業(yè)大學本科期末設計（論文）

20世紀70年代以來，隨著超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，微型計算機迅速發(fā)展起來。微型計算機具有體積小，價格便宜，功能強等特點，并且具有豐富的應用軟件和外部設備，尤其是在未來多媒體技術與網絡的發(fā)展中，微型計算機將更加普及。

2.3．網絡化是計算機發(fā)展的主導方向

使用現代通信和計算機技術，可以將分布在不同地點的計算機互聯起來，組成一個規(guī)模大，功能強的計算機網絡系統(tǒng)。計算機網絡可以實現軟件，硬 件，數據資源的.共享和網絡通信，提高了計算機系統(tǒng)的效率，因而計算機網絡的發(fā)展和普及非常迅速，因特網的迅速發(fā)展，縮小了世界，縮短了人們之間的距離，使 得人們可以方便的使用網上遍及各個領域的豐富的信息資源。

2.4．多媒體化將會使人機之間關系更加親近友好：

隨著計算機，微電子通信，數字化聲緣技術的飛速發(fā)展，多媒體技術日趨成熟，并投入了實際的應用，并已成為電子計算機應用技術的發(fā)展潮流和趨勢，它通過計算機將各種媒體以數字形式出現，大大的增加了信息來源，使人和計算機之間的關系更加親近友好，從而拓展計算機的應用領域。

2.5.未來真正的“電腦”智能化是必不可少的：

智能化是使計算機具有人的感覺和思維推理能力，成為真正的“電腦”。其主要內容有：圖形的識別，自然語言的生成與理解，專家系統(tǒng)，只能機器 人，自動程序設計，自動定理證明和問題求解等。目前，能識別單詞，分析語言的語言翻譯系統(tǒng)已經出現。某些有識別聲音，辨別理解人的表情和手勢等功能的計算 機也已經研制出現。

3、新型高性能計算機問世

硅芯片技術高速發(fā)展的同時，也意味看硅技術越來越接近其物理極限。為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機，計算機的體系結構與技術都將產 生一次量與質的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等，將會在二十一世紀走進我們的生活，遍布各個領域。

3.1.量子計算機

量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，量子計算機是一類遵循量子力學規(guī)律進 行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是基于量子效應基礎上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關的狀態(tài)，利用 激光脈沖來改變分子的狀態(tài).使信息沿著聚合物移動.從而進行運算。量子計算機中的數據用量子位存儲。由于量子疊加效應，一個量子位可以是0或1，也可以既 存儲0又存儲1。因此，一個量子位可以存儲2個數據，同樣數量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠實 2

行量子并行計算，其 運算速度可能比目前計算機的Pentium DI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數據的能力外，量子計算機還將對現有的保密體系、國家安全意識產生重大的沖擊。

無論是量子并行計算 還是量子模擬計算，本質上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。目前已經提出的方案主要利用了原子和光腔相互作 用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。量子編碼采用糾錯、避錯和防錯等。量子計算機使計算的概念煥然一新。

3.2.光子計算機

光子計算機是利用光子取代電子進行數據運算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數字計算機，以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子 硬件，光運算代替電運算。在光子計算機中，不同波長的光代表不同的數據，可以對復雜度高、計算量大的任務實現快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目 前基礎上呈指數上升。

3.3.分子計算機

分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲 量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質分子與周圍物理化學介質的 相互作用過程。轉換開關為酶，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環(huán)境下，甚至在生物有機體 中運行，并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、 自動機模型、仿生算法、分子化學反應算法等幾種類型。分子芯片體積可比現在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計算機完成一項運算，所需的時間僅為10 微微秒，比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數據。分子計算機消耗的能量非常小，只 有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質分子，所以分子計算機既有自我修復的功能，又可直接與分子活體相聯。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎元器件，可在光照幾萬分之一秒的時間內產生感應電流。以色列科學家已經研制出一種由DNA分子和酶分子構成的微型分子計算機。預計20年后，分子計算機將進人實用階段。

3.4.納米計算機

納米計算機是用納米技術研發(fā)的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質地堅固，有著極強的導電性，能代替硅芯片制造計算機。“納米”是一個計量單位，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從20世紀80年代初迅速發(fā)展起 來的新的前沿科研領域，最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產品。現在納米技術正從微電子機械系統(tǒng)

起步，把傳感器、電動 機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構成一個系統(tǒng)。應用納米技術研制的計算機內存芯片，其體積只有數百個原子大小，相當于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米 計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。美國正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件， 發(fā)揮電子開關、放大和晶體管的功能。專家預測，10年后納米技術將會走出實驗室，成為科技應用的一部分。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好，將逐 漸取代芯片計算機，推動計算機行業(yè)的快速發(fā)展。

4、結語

我們相信，新型計算機與相關技術的研發(fā)和應用，是二十一世紀科技領域的重大創(chuàng)新，必將推進全球經濟社會高速發(fā)展，實現人類發(fā)展史上的重大突破。科學在發(fā)展，人類在進步，歷史上的新生事物都要經過一個從無到有的艱難歷程，隨著一代又一代科學家們的不斷努力，未來的計算機一定會是更加方便人們的工作、學習、生活的好伴侶。

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