2011年技术趋势

来源:用户上传      作者: 本刊编辑部

　　并不是每一次技术革新都会获得成功，但CHIP相信以下这些IT技术将会在2011年的IT市场扮演关键角色：集成了几十个核心的单芯片云计算机处理器，可以在并行计算时给系统性能带来极大提升，而且英特尔的22nm CPU制程工艺使集成更多核心处理器成为可能。数据存储新技术，采用忆阻器（Memristor）技术的数据存储装置可能在2011年问世。忆阻器在断电后仍然能够保存数据，所以当我们采用忆阻器技术的存储器时，就可以像打开没有延迟的音响一样瞬间开启电脑。相比固态硬盘高昂的价格，采用忆阻器（Memristor）技术的存储器只需较小的成本，即可实现与闪存相当的性能。人机交互技术也将发生改变，有了基于眼动跟踪（Eye Tracking）裸眼可视3D技术后，我们不需要戴眼镜即可欣赏到令人震撼的3D画面。而且更先进的动作识别技术，可以让传统的游戏控制器（比如手柄等）“光荣退休”。另外采用Mirasol显示屏的电子书、平板电脑和手机等移动终端，不仅可以查看真彩的照片和视频，而且比如今市面上的单色电子书屏幕更省电。
　　
　　激光数据传输
　　很快我们就能见到集成了微型激光器的新一代电脑主板，英特尔的Light Peak光纤接口将可以提供高达100Gb/s的传输速度。
　　传统的USB、HDMI、Displayport和以太网等接口都采用了基于铜线或其他金属的连接线，由于电磁干扰的原因，它们的传输速度和距离已经接近其物理特性的极限。英特尔确信，在不久的未来，这些传统的传输技术就会因为无法提供更高的速度而被逐步淘汰。鉴于人们对数据线缆连接速度的要求越来越高，英特尔顺势而为，开发了基于光导体的Light Peak技术――可传输各种数据信号的通用PC数据传输技术，也就是说，Light Peak将采用光纤作为传输线缆，通过激光传输数据信号。Light Peak的工作原理：在发送端，电信号通过一个控制芯片和一个包含微型激光器的光学模块调制为光脉冲信号。其中光学模块的尺寸仅为12mm x 12mm，有两条Light Peak接口输出，每个接口包含两条玻璃纤维，玻璃纤维的直径为125um（微米），大致相当于人类头发的粗细。在接收端，光脉冲信号会通过光电探测器（photodetector）解调为电脑可读的电信号。
　　新的协议使Light Peak技术更通用
　　Light Peak技术拥有诸多优势：首先，从Light Peak第一阶段草案中的数据看，10Gb/s的传输速度是USB 3.0规格的两倍，也就是说不到30s的时间就能拷贝一部完整的蓝光影片，而且Light Peak标准的速度甚至可能提升到100Gb/s。与USB技术针锋相对，从Light Peak技术的协议层看，它将有可能取代现在电脑上的所有接口，包括HDMI、Displayport和以太网等接口，而且光纤线缆的最大无差错传输距离为100m，而USB线缆只有5m。然而，光纤技术也有一个致命弱点：难以提供电力供应，所以英特尔决定在Light Peak光纤中加入一根铜线以保障电力供应。同时，英特尔公司承诺Light Peak技术将支持热插拔和数据双向同步传输。Light Peak模块有望在2010年底供应，有消息说苹果公司将会是第一家采用Light Peak技术的公司，如果传言属实的话，这会是苹果继首家采用USB标准之后，再一次帮助新传输技术推广。
　　
　　超多核心CPU提供超强计算动力
　　未来，英格尔的超多核心处理器可将计算任务分配给几十个CPU核心，更高效地执行分布式计算，而且更精密的CPU制程工艺也为之提供了保障。
　　
　　大约一年之前，英特尔首次展示了包含SRAM存储模块的22nm制程芯片样品，第一批代号为“Ivy Bridge”的22nm制程CPU预计会在2011年面世。
　　新材料带来芯片制程工艺的再次升级：第三代高K金属栅极晶体管技术采用“铪”作为高K栅极介质的基础物质，取代已经沿用了40年的二氧化硅，大幅度降低了漏电率。新的三维堆叠芯片封装技术，不再需要使用长长的金属导线来连接不同层次的电路，而是采用193nm沉浸式光刻曝光技术直接在硅板上制造出连接线，实现高速数据传送。制程工艺的升级非常重要，因为只有这样才能把一个晶圆划分成更多细小的区域，集成更多晶体管，从而降低生产成本，最大程度地发挥CPU的性能。未来，将会出现集成48个、64个甚至更多核心的高性能CPU，而不只是目前集成4个或者6个核心的产品。英特尔的超多核心CPU技术，配合超低功耗技术，可以为急速增长的计算性能需求提供必要保障。另外，一些“空闲的”CPU核心还可以作为执行GPU任务的协同处理器来使用。
　　硬件线程使内核结构更简单
　　为了在同一个处理器芯片上集成几十个核心，英特尔除了采用22nm甚至更低的制程外，还应该在减少CPU结构复杂性上做出努力。现在的单核心和多核心处理器技术已经过时，因为它们始终需要等待速度缓慢的存储器，为了全负荷工作，新的CPU芯片需要拥有执行无序指令和分析预测的能力，这样它们才可以在等待内存工作时也能执行其他计算任务。这项被英特尔称为“超线程（Hyper-Threads）”的技术非常有用，如果某个CPU核心的4个硬件线程中的某一个需要等待内存来完成计算，那么其他硬件线程就会预先执行其他任务，直到内存完成数据处理。所以，未来的操作系统和应用软件需要支持超多核心处理器上的超线程技术。
　　
　　闪存和内存的继任者
　　忆阻器有可能替代传统硬盘、闪存和内存，这样，电脑就可以以更快的速度启动，减少等待时间。
　　
　　从提出概念到制造出产品花了超过35年的时间：忆阻器被认为是电阻器、电容器和电感器之外的第四种基本电路元件。其实早在1971年，加州大学伯克利分校的蔡少棠就预测了第四元件忆阻器的存在，但是直到2008年才由惠普实验室的研究人员证实。现在，整个IT业界都意识到了忆阻器（Memristor，来自Memory和Resistor两个词的结合）可能给业界带来的改变。从忆阻器的特性看，采用忆阻器技术的存储器不仅速度比DRAM内存快，且功耗更低，而且在断电时仍可以保存数据。所以，惠普对忆阻器的未来信心满满，惠普实验室高级研究员Stan Williams表示“我们相信忆阻器将来会代替闪存、内存和硬盘，成为通用存储器。”基于忆阻器的存储器将会成为新一代可变电阻式内存产品，断电仍可保存数据，从而第一次真正实现PC和笔记本电脑即时启动：按下开机按钮，电脑就会立即启动，长时间的启动等待时间将会成为历史。惠普已经与著名的韩国半导体厂商Hynix签署联合开发协议，共同研发忆阻器，以将这一新技术快速推向市场。
　　比闪存更便捷、小巧、快速的存储介质
　　惠普确信忆阻器将会代替闪存存储器，忆阻器存储器不仅在速度上比闪存至少快10倍，而且功耗低、成本也将只有闪存的一半。惠普公司在其专利技术申请文件中列出氧化钛作为制作材料，同时美国莱斯大学已经研究出可用于忆阻器的新材料――氧化硅，氧化硅的优势在于：原则上，氧化硅提取自沙石中，在可见的时间里是用不完的，而且大批量生产的工艺很成熟，成本很低；20世纪60年代氧化硅是最常见的绝缘材料，一直以来只能作为一次性写入介质使用，但是莱斯大学声称他们发现了可逆转的氧化硅分解技术；而且现在闪存设备的位元密度（磁盘表面一个磁道一圈可以写入的位的计数）已经遇到了20nm技术瓶颈，氧化硅却可以达到5nm级别的位元密度。另外，采用氧化硅材料的忆阻器开关时间少于100ns，大大领先于闪存。

　　
　　低功耗的彩色显示屏
　　目前，LCD显示器可以显示动态彩色图像，但是功耗较高，电子阅读器采用了低功耗的电子墨水屏幕显示技术，却速度缓慢，而Mirasol却能以极低的功耗显示彩色图像，甚至视频。
　　
　　无线芯片制造商高通公司为其全资子公司高通光电投资20亿美元，以推进其开发搭载革命性显示技术的移动射频芯片。高通为这项技术起了一个动听的名字――Mirasol（向日葵），单色Mirasol显示屏幕由成千上万的IMOD像素组成，它们可以呈现两种颜色：黑色和另外一种颜色。彩色Mirasol显示技术的呈色原理与之类似，不同的是每个全彩IMOD像素又包含红、绿、蓝3种颜色的小像素，每个小像素的大小在10μm~100μm左右。每个映像点包含上方涂有半透明金属制薄膜的玻璃基板和位于基板下方的反射膜，玻璃基板和反射膜之间的空隙则构成了空气薄膜，以利于光线在其中反射。根据空气薄膜厚度的不同，小像素会显示出红、绿、蓝中的一种颜色。接通电压时，反射层会上下移动，从而改变像素的颜色。上升并使空气薄膜厚度为0时，像素呈现黑色；下降时空气薄膜厚度增大，像素呈现红、绿、蓝三色之一。
　　低功耗全彩显示
　　低功耗的优势：Mirasol显示技术只有在像素颜色需要改变时才需要消耗电力，所以它的功耗极低，也就是说Mirasol显示屏非常适合于需要长时间显示固定黑白或彩色内容的电子阅读器。另外，不同于现在的电子墨水（E-Ink）显示屏，Mirasol显示屏的刷新速度很快，甚至可以用来播放视频，采用了Mirasol技术的第一代演示样品在响应时间上与LCD显示屏差别不大，但是Mirasol技术不需要背光灯，同现在常见的电子书和纸质杂志一样依靠反射外部光源，更能与环境光线匹配以保护视力。另外，Mirasol的IMOD像素颜色丰富、分辨率效果接近华丽的平面杂志。高通承诺Mirasol显示屏即使在强光下阅读效果也很好，而且播放视频画面无残影，高通将会在2011年底量产Mirasol显示屏。
　　
　　动作识别和裸眼3D技术
　　计算机辅助动作识别系统――运动跟踪，可以提供更好的操控体验，更真实的裸眼3D效果。
　　
　　2010年11月初，微软发布XBox 360 Kinect体感游戏设备，这种新一代的游戏控制器可以只使用身体动作来玩游戏。这套系统非常出色，可以识别玩家的四肢甚至是眼球的转动，然后把识别到的动作转化为操控指令。它通过一个可以发射红外线的特殊摄像系统来实现，红外摄像头能识别出一定范围内的玩家以及玩家与摄像头之间的距离，甚至可以同时识别出多个玩家。同时，微软还宣布了17款支持该设备的游戏，而且微软已经声明这项技术不久也可用于电视。LG在秋季展会上演示了其高端3D电视LX 9500，这台电视配备了Magic Motion动感遥控，这个动感遥控上只有7个按键，集成了加速感应器和陀螺仪，可以像任天堂的游戏控制器Wii一样在空中旋转，从而控制电视内置的小游戏和用户界面上的光标，让我们看到了2011年体感操作设备进入电视领域的可能性。
　　通过眼动跟踪实现裸眼3D
　　将眼动跟踪技术应用于电视后，就可以出现新功能的电视：裸眼3D电视。之前已经出现了立体3D电视原型，但是它没有采用眼动跟踪技术，所以需要从特定的视角来观看，也就是说只有在某个位置才能看到3D效果，观众在其他位置看到的只是两幅重叠的图像。德国弗劳恩霍夫研究所正在研究裸眼3D技术，通过一台眼动跟踪摄像机使观众可以始终在任何角度和位置都能看到3D效果。眼动跟踪摄像机以低于20ms的频率跟踪双眼位置的变化，当观众视角变化时，3D显示屏幕上的画面会通过一个控制模块自动调整，以适合观看。3D画面是通过“视差屏障”技术（向两眼显示不同画面来达到立体显示效果）产生的，任天堂的下一代掌上游戏机3DS也将使用这项技术实现裸眼3D效果。

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