1月10日消息，最近，研究人员开发出一种可以实时编程的晶体管。当前处理器面临哪些挑战？新技术有什么作用？以及它如何改变计算的未来？小编将一一道来！

计算面临什么挑战？

自从第一个单芯片 CPU（英特尔 4004）的开发以来，由于能够每两年将芯片上的晶体管数量增加一倍（称为摩尔定律），计算技术得到了指数级的改进。晶体管的倍增增加了电路的最大位宽，增加了存储单元的数量，创建了更复杂的硬件，并降低了每个晶体管的能耗。这就是为什么减少晶体管对于创建强大的计算机和小型化移动设备同时降低其功耗至关重要的原因。

然而， 物理限制意味着晶体管只能做得很小，而最新的晶体管技术正在迅速达到这个极限。最终，使晶体管更小将是不可能的、不切实际的或不经济的，当这种情况发生时，计算设备将不再看到性能提升来自晶体管的增加。

当然，围绕这个有解决方案， 包括使用堆叠半导体层的 3D 芯片在彼此之上。然而，这并不能解决功耗问题，这意味着每个额外的层都会以显着增加的能耗为代价增加更多的计算能力。这对散热提出了挑战；多个晶体管层可能难以有效冷却，从而带来另一个设计限制。

研究人员开发出可配置晶体管

最近，来自 TU Wien Vienna 的研究人员 开发了一种新的可编程晶体管可以实时更改其属性以产生不同的功能。新晶体管利用横跨沟道并位于晶体管栅极下方的锗纳米线。

锗的使用对晶体管至关重要，因为锗具有称为负差分电阻的独特电气特性。简而言之，在锗线上施加电压会导致电流流动，但超过特定电压阈值会导致电阻增加，从而减少电流。

晶体管的结构允许锗线改变晶体管的功能，即电子还是空穴是主要的电荷载流子。这允许创建其功能可以改变的逻辑门（即从与非门到或非门）。虽然此类电路尚未得到演示，但研究人员展示了使用新晶体管的电路，该电路可以仅使用 24 个晶体管，而不是 160 个晶体管来执行算术运算。

这项技术如何改变计算的未来？

虽然许多网站都报告说新技术可以提高计算速度，但这并不一定会发生，因为使用更少的晶体管来执行相同的操作很可能需要带有编程步骤的反馈电路。然而，这种晶体管很有可能有助于减少未来 CPU 的晶体管总数，这对移动设备非常有利。减少晶体管的数量有助于降低整体能耗. 使用更多的步骤来执行计算也可以帮助减少能源消耗（这就是为什么 RISC 通常比 CISC 具有能源优势）。

但可编程晶体管的使用也可能对通用可编程硬件非常有益。这已经不是什么秘密了专用硬件电路比软件等效电路更快、更高效（硬件安全由于速度的提高而迅速流行起来）。但专用电路会占用宝贵的硅空间，否则这些空间可用于增加核心数量或片上缓存。可编程晶体管可以允许计算设备在需要时创建专用加速器，然后在不再需要时重新编程此类电路。

研究人员创造的东西对于可编程硬件领域来说是令人兴奋的，并且可能会导致自适应 CPU 设计实时改变它们的操作。但是，真正的挑战是这项新技术能否缩小尺寸，取代标准的硅晶体管，并实现商业化。