赵鑫

摘 要：计算机的发展将趋向超高速、超小型、平行处理和智能化，量子、光子、分子和纳米计算机将具有感知、思考、判断、学习及一定的自然语言能力，使计算机进入人工智能时代。

关键词：计算机发展趋势；智能化计算机

一、前言

计算机的发展将趋向超高速、超小型、并行处理和智能化。自从 1946 年世界上第一台电子计算机诞生以来，计算机技术迅猛发展，传统计算机的性能受到挑战，开始从基本原理上寻找计算机发展的突破口，新型计算机的研发应运而生。主要表现在计算机的性能越来越高，速度越来越快、主要表现在计算机的主频越来越高；其次计算机的发展无处不在，网络化向各个领域的渗透；最后是向深度发展，信息的智能化方向发展，人机界面的友好。

二、智能化的超级计算机

1.高速电脑

美国最近发明了一种利用空气的绝缘性能来成倍地提高计算机运行速度的新技术。美国纽约伦斯雷尔？保利技术公司的科学家已经生产出一套新型电脑微电路，该电路的芯片或晶体管之间由胶滞体包裹的导线连接， 这种胶滞体 90% 的物质是空气，而空气是不导电出的，是一种非常优良的绝缘体。研究表明，计算机运行速度的快慢与芯片之间信号传输的速度直接相关，然而，目前普遍使用的硅二氧化物在传输信号的过程中会吸收耗掉一部分信号，从而延长了信息传输的时间。为了解决这个问题，保利技术公司的科研小组研究出电脑芯片冷却技术，它在电脑电路里内置了许多装着液体的微型小管，用来吸收电路散发出的热量。当电路发热时，热量将微型管内的液体汽化，当这些汽化物扩散到管子的另一端之后，又重新凝结，流到管子底部。

2.生物计算机兴起

生物计算机最大的特点是采用了生物芯片，它由生物工程技术产生的蛋白质分子构成。在这种芯片中，信息以波的形式传播， 运算速度比当今最新一代计算机快 10 万倍， 能量消耗仅相当于普通计算机的十分之一， 并且拥有巨大的存储能力。

目前，科学家们已经在超微技术领域取得了某些突破，制造出了微型机器人。科学家们的长远目标是让这种微型机器人成为一部微小的生物计算机，它们不仅小巧玲珑， 而且可以像微生物那样自我复制和繁殖，可以钻进人体里杀死病毒 ， 修复血管、心脏、肾脏等内部器官的损伤，或者使引起癌变的DNA 突变发生逆转，从而使人们延年益寿。超高速计算机采用平行处理技术改进计算机结构，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理，进一步提高计算机运行速度。超级计算机通常是由数百数千甚至更多的处理器（机）组成，能完成普通计算机和服务器不能计算的大型复杂任务。从超级计算机获得数据分析和模拟成果，能推动各个领域高精尖项目的研究与开发，为我们的日常生活带来各种各样的好处。最大的超级计算机接近于复制人类大脑的能力， 具备更多的智能成份，方便人们的生活、学习和工作。世界上最受欢迎的动画片、很多耗巨资拍摄的电影中，使用的特技效果都是在超级计算机上完成的。美国、日本、以色列、中国和印度首先成为世界上拥有每秒运算 1 万亿次的超级计算机的国家，超级计算机已在科技界内引起开发与创新狂潮。

三、高性能计算机

1.量子计算机

量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机是基于量子效应基础上开发的，它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。量子计算机中的数据用量子位存储。由于量子叠加效应，一个量子位可以是 0 或 1，也可以既存储 0 又存储 1。因此，一个量子位可以存储 2 个数据，同样数量的存储位，量子计算机的存储量比通常计算机大许多。同时量子计算机能够实行量子并行计算，其运算速度可能比目前计算机的 Pentium DI 晶片快 10 亿倍。除具有高速并行处理数据的能力外，量子计算机还将对现有的保密体系、国家安全意识产生重大的冲击。无论是量子并行计算还是量子模拟计算， 本质上都是利用了量子相干性。目前已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。量子编码采用纠错、避错和防错等。量子计算机使计算的概念焕然一新。

2.光子计算机

光子计算机是利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件， 光运算代替电运算。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速地并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。

3.纳米计算机

纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米管元件尺寸在几到几十纳米范围，质地坚固，有着极强的导电性，能代替硅芯片制造计算机。“纳米”是一个计量单位，大约是氢原子直径的 10 倍。纳米技术是从 20 世纪 80 年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域，最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子，制造出具有特定功能的产品。现在纳米技术正从微电子机械系统起步，把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积只有数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。美国正在研制一种连接纳米管的方法，用这种方法连接的纳米管可用作芯片元件，发挥电子开关、放大和晶体管的功能。 纳米计算机体积小、造价低、存量大、性能好， 将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。

智能化、高性能化的计算机与相关技术的研发和应用，现在科技领域的重大创新， 必將推进全球经济社会高速发展，实现人类发展史上的重大突破。随着新型产品的不断研发将会有更多的产品出来，更加方便人们的生活和学习，进一步改变我们的生活质量， 计算机的最终目的是达到较好人机交互界面， 更好的为人类服务。

参考文献：

[1]吴学庆.计算机未来的发展趋势.

[2]王延汀.谈谈光子计算机.现代物理知识.

[3]黄建国，刘科伟.量子计算与量子计算机.

[4]袁凤辉，邓放.分子计算机.