芯片遇到的难题——耗能和散热
新华网 (2001.02.13 10:13:26)
在不久前结束的“国际固态电路会议”上，世界最大的电脑芯片制造商英特尔公司大声疾呼，如果芯片的性能继续以目前的高速度发展，那么耗能和散热问题就将成为横在其前进路上最大的绊脚石。能否解决这两个问题，将成为整个信息产业乃至全球经济性命攸关的大问题。
３０多年来，制造技术的革命已经大大提高了硅芯片的集成度。１９７１年英特尔生产的第一个芯片只含２３００个晶体管，英特尔最新的奔腾４芯片则集成了４２００万个晶体管。英特尔公司奠基人之一戈登·摩尔在２０世纪７０年代发现，集成在一块芯片上的晶体管数量大约每两年增加一倍。这个经验定律被其后数十年芯片发展的实际情况所验证，并被人们称为信息产业中的“摩尔定律”。按摩尔定律计算，到２０１０年，一个芯片上晶体管的数量将超过１０亿。
芯片性能的快速提高导致以信息技术为主导的新经济蓬勃发展。然而，随着晶体管集成度的提高，芯片耗能和散热问题渐渐凸显出来。英特尔公司负责芯片内部设计的首席技术官帕特·盖尔欣格说：“目前我们在设计和制造芯片时仅受到生产成本的限制。但放眼看去，耗能和散热将成为一个根本性的限制，我们必须在芯片总体设计中认真考虑这两个问题。”
盖尔欣格指出，如果芯片耗能和散热的问题得不到解决，到２００５年芯片上集成了２亿个晶体管时，就会热得像“核反应堆”，到２０１０年时就会达到火箭发射时高温气体喷嘴的水平，而到２０１５年就会与太阳的表面一样热。
太阳微系统公司高级工程师刘冬子在接受本社记者采访时说，传统的芯片散热方法有安装风扇和外置散热片，但随着计算机等设备日益小型化，传统方法已经很难继续提高散热能力。信息技术产业正在实验新的冷却技术，包括新型的液体冷却剂、与芯片成为一体的内置散热管以及制造耗能低的晶体管等。另外，研究人员正在研究容量更大的高速缓冲存储器或是在同一块硅片上放置多个微处理器，来提高芯片效率。与目前的超级计算机功能相当的芯片问世后，人可以通过语言甚至面部表情与台式计算机进行交流，便携设备的无线通信功能会大大提高。网络处理器也会是受益者，数据将会更快地在因特网上传输。
不过，对硅芯片的前途科学界还存在争议。美国《科学》杂志就曾经载文认为，硅芯片技术１０年后会走到尽头，由光计算机、生物计算机或量子计算机所替代。
但不少科学家相信，不论如何，科学发展的脚步将最终克服芯片所遇到的困难。
（《科技日报》 2001-02-13）
