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5大綠色電子技術--讓地球的未來更美好

上網時間: 2011年08月04日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:三維電晶體  固態照明  能量採集  超導電纜  碳化矽 

作者:任汝思

在現代電子產業前80年左右的時間裡,眾所關注的焦點在於實現速度更快、尺寸更小以及價格更便宜的產品。沒有什麼能比摩爾定律(Moore’s Law)更能抓住這個時代的本質了,正是摩爾定律成就了現代世界的許多奇蹟。

而今,電子產品持續發展的目標不再是產業成形初期所關注的重點了,而是要考慮地球的未來:降低功耗。具體而言,電子產品的發展宗旨在於減少社會對發電用石化燃料(如石油和煤炭)的依賴性,從而降低被許多科學家認為是造成氣候變化罪魁禍首的二氧化碳排放。

相較於摩爾定律,電子產品的演變和功效之間的關係呈現一條發展得更快且更陡的趨勢線。舉例來說,目前普通筆記型電腦的能效(以每千瓦時計)就比1950年代的真空管電腦還高得多。將這一發展趨勢線向後延伸十年,有些人認為屆時的筆記型電腦只需使用環境光線就能運作,再也不必用電源了。

本文將討論5種正在上述能源創新中發揮重要作用的電子技術。這5種技術之間並無排名先後,而且仍有待於進一步確認。但這些創新技術對地球而言具有舉足輕重的影響。

走向3D的電晶體

假使固態革命未曾產生,而我們仍然生活在真空管運算世代中。那麼不僅我們的筆記型電腦的體積更大得多(想像一下,有4間臥室那麼大),而且它們在執行同一作業需時還需要更加龐大的電能──大約是現在的1兆倍以上。

從1940∼1950年代的ENIAC真空管電腦至今,每千瓦時的運算能力約每1.6年提升一倍,史丹佛大學顧問教授Jonathan Koomey指出。Koomey曾在2009年與他人共同發表過一篇詳細介紹電腦能耗與性能之間關係的論文。

根據Koomey的研究報告指出,ENIAC電腦的每千瓦時(kWh)性能不到1kflops(103浮點作業/秒),而目前的筆記型電腦理論上已能達到1pflops(1015flops)/kWh。

英特爾(Intel)公司在今年5月初宣佈正為一款22nm微處理器中的3D‘三閘’電晶體進行商用化處理,因此摩爾定律和象徵‘運算能力/kWh’的Koomey趨勢線確定至少可延續到今後數年。這是因為三閘電晶體的創新鰭形架構只需32nm晶片中的2D平面電晶體的一半功耗,即可達到與其相同的性能水平,英特爾公司表示。更小、更快、更便宜......而且功效明顯高出一大截。

推斷幾年後的功耗/性能趨勢線,Koomey認為3D電晶體對於行動運算的演進──特別是利用無線感測器網路資訊收集潛力的前景──具有相當重要的意義。

還有,隨著資料中心數量的不斷增加,它們執行的作業將變得更具能效。目前全球資料中心耗能約佔總電能的1%。理論上,所有事情都是公平的,使用3D電晶體IC架構的資料中心數量呈倍數增加對於整體能源需求的影響是微不足道的,但其性能水平可大幅提升。


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