我们能将计算推向多远？

与此同时，缩小存储密度差距意味着构建在分子尺度上使用所有三个维度的设备。最具体的例子是 DNA，它以自身原子的尺度存储信息，生物学使用它作为存储介质已有 40 亿年的历史。出于保守，费曼猜测一个比特需要 125 个原子组成的立方体。 DNA 将其保持在 30 左右。 DNA 存储无法进入数据中心的原因不是它的密度，而是写入它的成本和速度，与任何实用的东西相比仍然有许多数量级。费曼想象的尘埃中的图书馆是物理学所允许的，只能通过制造来阻止。通信距离 Holevo 极限大约有六个数量级，仅一百万倍，而 Holevo 极限是该行业可能首先遇到的门槛。互连的增长速度超过了电网为其供电的速度，因此该行业正在转向每比特使用更少能量的发射器和接收器。 Nvidia 和 Broadcom 现在推出针对硅构建的光学互连，因此信号已经在光子上离开芯片封装。相比之下，量子计算机开始依赖于对量子信号信息进行编码的互连，通常以单光子的形式。由于经典互连在每位上花费的资源较少，因此它们会下降到这些量子互连已经运行的状态。 Holevo 极限是两者相遇的地方。地板和天花板之间 35 个数量级的差距是海市蜃楼，这一点是公平的——如此遥远的极限根本无法说明任何真正的机器会做什么，指向它就像在地平线上导航。反对意见是有道理的。可逆逻辑、量子计算和 DNA 存储距离 40 年来都还需要 10 年的时间。建造一台使用一团物质的所有能量的计算机可能永远都不现实。但这些差距是邀请。上限是由我们可以建造的数量决定的：我们可以制造的设备数量；我们可以产生运行它们的电力；我们可以将资金、土地和冷却水整合到一个系统中。并且存在一个下限，由一焦耳、一秒和一克物质可以用来计算、存储或传输的量决定。我们可以通过建造更多或接近地面来取得进展，这意味着让每个设备用更少的资源做更多的事情。这些差距就是邀请。我们可以通过建造更多或接近地面来取得进展，这意味着让每个设备用更少的资源做更多的事情。在上个世纪的大部分时间里，我们一起沿着两条路前进。我们建造了更多的计算机，计算机本身也变得更小、性能更好。现在我们主要建造更多，天花板已经显现出来。一个电网只能输送这么多千兆瓦的电力，一个地区只能节省这么多的土地和水。然而，接下来的每一个路线图都是从同一个起点绘制的：我们已经拥有的机器。建造更多，你就会爬向天花板；建造更好的，你会下降一点，但只能到达晶体管自己的地板。还有第三个方向。从在地板上进行的物理实验开始并逐步建立。以前已经做过了。晶体管在成为一个产业之前只是一个物理实验。在激光在海底进行世界对话之前，它只是实验室的珍品。十年内，巨磁阻从物理发现发展到每个磁盘驱动器的读取磁头。在每种情况下，首先进行物理实验并展示什么是可能的，然后工程师将其变成可以放大的机器。剩下的工作就是建立在这些基本限制下运行的实验，然后在不损失性能的情况下扩大它们的规模。接下来的机器将无法通过下降到达；它们将自下而上构建。底部仍有足够的空间。 Volkan Gurses 是麻省理工学院的博士后研究员和 Nvidia 的访问研究员。他在加州理工学院获得了电气工程博士学位。他研究信息技术的基本物理极限，并构建接近这些极限的集成电路和系统。