未来计算机技术展望

1、前言

计算机的发展将趋向巨型化、微型化、网络化多媒体化和智能化。自从1944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。未来量子、光子、分子和纳米计算机将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力，使计算机进人人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革命，对人类社会的发展产 生深远的影响。

2、未来计算机的发展方向

2.1．未来计算机将向巨型化方向发展

首先，未来计算机将向巨型化方向发展。那么，什么叫做巨型化呢？巨型化的计算机在未来有什么用处呢？

所谓的巨型机是一种高速度，高精度，内存容量大和功能强的计算机，其运行速度一般在每秒一亿次以上，现在人们已经研制出来每秒运行速度达上百亿次的巨型计算机，这类的计算机主要用于核工业，航天，军事等尖端科技领域，是一个国家计算机技术水平和现代科学技术水平的标志。

目前，能够拥有并制造机型计算机的国家不多，我国在这方面处于世界领先地位。2017年6月17日，在德国莱比锡开幕的2017年国际超级计算机大会上，TOP500组织公布了最新全球超级计算机500强排行榜榜单，中国国防科技大学研制的天河二号超级计算机，以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度夺得头筹，中国“天河二号”成为全球最快超级计算机。

2.2．微型化将是未来计算机的又一特点

上海第二工业大学本科期末设计(论文)

20世纪70年代以来，随着超大规模集成电路技术的发展，微型计算机迅速发展起来。微型计算机具有体积小，价格便宜，功能强等特点，并且具有丰富的应用软件和外部设备，尤其是在未来多媒体技术与网络的发展中，微型计算机将更加普及。

2.3．网络化是计算机发展的主导方向

使用现代通信和计算机技术，可以将分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模大，功能强的计算机网络系统。计算机网络可以实现软件，硬 件，数据资源的共享和网络通信，提高了计算机系统的效率，因而计算机网络的发展和普及非常迅速，因特网的迅速发展，缩小了世界，缩短了人们之间的距离，使 得人们可以方便的使用网上遍及各个领域的丰富的'信息资源。

2.4．多媒体化将会使人机之间关系更加亲近友好：

随着计算机，微电子通信，数字化声缘技术的飞速发展，多媒体技术日趋成熟，并投入了实际的应用，并已成为电子计算机应用技术的发展潮流和趋势，它通过计算机将各种媒体以数字形式出现，大大的增加了信息来源，使人和计算机之间的关系更加亲近友好，从而拓展计算机的应用领域。

2.5.未来真正的“电脑”智能化是必不可少的：

智能化是使计算机具有人的感觉和思维推理能力，成为真正的“电脑”。其主要内容有：图形的识别，自然语言的生成与理解，专家系统，只能机器 人，自动程序设计，自动定理证明和问题求解等。目前，能识别单词，分析语言的语言翻译系统已经出现。某些有识别声音，辨别理解人的表情和手势等功能的计算 机也已经研制出现。

3、新型高性能计算机问世

硅芯片技术高速发展的同时，也意味看硅技术越来越接近其物理极限。为此，世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机，计算机的体系结构与技术都将产 生一次量与质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、分子计算机、纳米计算机等，将会在二十一世纪走进我们的生活，遍布各个领域。

3.1.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 2

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。世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。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。

3.2.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、传翰和存储。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。

3.3.分子计算机

分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储 量大。分子计算机的运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。分子计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的 相互作用过程。转换开关为酶，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。生物分子组成的计算机具备能在生化环境下，甚至在生物有机体 中运行，并能以其它分子形式与外部环境交换。因此它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、 自动机模型、仿生算法、分子化学反应算法等几种类型。分子芯片体积可比现在的芯片大大减小，而效率大大提高，分子计算机完成一项运算，所需的时间仅为10 微微秒，比人的思维速度快100万倍。分子计算机具有惊人的存贮容量，1立方米的DNA溶液可存储1万亿亿的二进制数据。分子计算机消耗的能量非常小，只 有电子计算机的十亿分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白质分子，所以分子计算机既有自我修复的功能，又可直接与分子活体相联。美国已研制出分子计算机分子电路的基础元器件，可在光照几万分之一秒的时间内产生感应电流。以色列科学家已经研制出一种由DNA分子和酶分子构成的微型分子计算机。预计20年后，分子计算机将进人实用阶段。

3.4.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。专家预测，10年后纳米技术将会走出实验室，成为科技应用的一部分。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。

4、结语

我们相信，新型计算机与相关技术的研发和应用，是二十一世纪科技领域的重大创新，必将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。科学在发展，人类在进步，历史上的新生事物都要经过一个从无到有的艰难历程，随着一代又一代科学家们的不断努力，未来的计算机一定会是更加方便人们的工作、学习、生活的好伴侣。

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