CPU变得更快，更高效，其组件更加小型化。最小的功能从10,000nm缩小到14nm，晶体管的数量从几千个增加到数十亿个。在CPU领域也发生了相同的变化。首先，我们有基于阀门的计算机，然后是由单个晶体管制成的计算机。我们发明了集成电路，然后发明了硅微处理器。但是硅CPU迟早会达到无法进一步改进的地步。容易想到某些事情将永远存在，但是技术会发生变化。黑胶唱片成为数字光盘，然后成为数字下载。内燃机演变为混合动力发动机，可能会被电动机取代。对于我们许多人而言，PC已被移动设备取代。
我们已经看到了这种迹象。过去几十年中时钟频率的增长已经过去，在过去十年中的大多数时间里，CPU速度仅超过3GHz。制造商已经能够通过巧妙的设计和令人印象深刻的小型化功能以这种时钟速度提高性能，但这也有其局限性。一些观察家认为，即使转向更精确的制造技术(例如极紫外线)，其极限也可能在11nm左右，这是我们已经非常接近的规模。
权力腐败
还有权力的问题。我们之所以不会运行比3GHz快得多的硅芯片，是因为它们开始消耗大量功率并产生大量热量。制造商在解决这一限制方面做得很出色–尽管处理器通过使用多核而变得越来越快，但提高的能效意味着高端处理器的功耗实际上比少数几个高端处理器的功耗低。年前。但是，迟早我们会花光所有的花招。
似乎所有这些还不够令人担忧，这是要考虑的量子物理学问题。当您缩小到非常小的尺寸时，电子的确开始变得非常奇怪。它们可以同时位于两个位置或处于两种状态，并且即使它们上没有孔，它们也可以出现在薄壁障的另一侧。如果那个障碍是应该阻止电子流向不应到达的绝缘层，那将打开一个标有Pandora的大盒子。
这就是为什么CPU的未来与现在的处理器有很大不同的原因。
还要检查：从沙滩到卡比湖：沙子如何变成硅
今年2月，英特尔技术与制造部门负责人William Holt在国际固态电路大会上说：“我们将看到重大转变。新技术将有根本的不同。” Holt预测摩尔定律(该定律指出处理器每两年将使晶体管的数量增加一倍)仅适用于另外两代处理器，因此他描述了两种潜在的革命性新技术：隧道晶体管和自旋电子学。
隧道晶体管，或全称为隧道场效应晶体管(TFET)，与现有的MOSFET开关相似，但与其他开关技术相比，它依靠量子隧道来消耗低得多的能量。这种晶体管可能会在CPU功耗上产生巨大差异。
TFET很有前途，但也有一定的生产距离。自旋电子器件更接近现实–去年，东芝宣布了一种实验性自旋电子存储器阵列，其能耗比SRAM少80%，并且预计自旋电子器件将在未来几年出现在高端图形卡中。自旋电子学是另一种基于量子的技术，它利用电子的自旋态来传输数据。与传统电子产品相比，它所需的能源要少得多，并且它使用的材料也更便宜。
正如Holt所说：“我们可以做的最好的纯技术改进将带来功耗的改善，但会降低速度。” 速度不再是关键考虑因素，而能源效率才是关键。他进一步观察到：“尤其是当我们关注物联网时，重点将从提高速度转变为大幅降低功率。”
无论是数据中心还是智能手表，您所拥有的芯片可能足够快-但它们的能耗比不久的将来高出数千甚至数百万倍。
英特尔也在研究改善CPU之间通信的方法。它的硅光子芯片使用激光在设备之间进行通信，而这些激光最初将用于连接数据中心内部的网络设备，从长远来看，激光将连接服务器，甚至可能取代计算机和其他设备(内部设备)中的电缆会以光速交流。
早在1961年，IBM Research的Rolf Landauer使用热力学第二定律计算出执行计算机操作所需的绝对最小能量，并且在2012年，一群欧洲科学家证明了他的理论的证据：计算结果完全符合Landauer的预测。
但是该限制比当今的硅CPU所消耗的能量低数万倍，一种称为可逆逻辑的过程可能有一天会创建出距离拉近，甚至甚至低于Landauer限制的芯片-这在移动性日益增强中很有用电池技术仍然顽固地反对巨大进步的世界。
这不只是理论上的。2016年3月，加州大学伯克利分校的工程师进行了磁计算实验，结果表明，可能生产出的芯片的功率要求可能仅为当今每项操作能耗的百万分之一。
高级项目作者兼伯克利大学教授Jeffery Bokor表示，“使晶体管更快地运行需要太多的能量。芯片变得太热而融化。” 该团队使用纳米磁铁控制电子，证明了他们五年前发表的理论可以在现实中实现。
不要指望很快会出现纳米磁性CPU，但正如作者指出的那样：“这一结果的意义在于，当今的计算机远未达到基本极限，并且未来有可能大幅降低功耗。”
