簡介：Sketchpad，別名“機器人繪圖員”，一款誕生于20世紀60年代的革命性軟件系統，被視作CAD（計算機輔助設計）的始祖，也是交互式計算機圖形學的里程碑，其創制者伊凡·蘇澤蘭（Ivan Sutherland）則被譽為“計算機圖形學...
Sketchpad，別名“機器人繪圖員”，一款誕生于20世紀60年代的革命性軟件系統，被視作CAD（計算機輔助設計）的始祖，也是交互式計算機圖形學的里程碑，其創制者伊凡·蘇澤蘭（Ivan Sutherland）則被譽為“計算機圖形學之父”。
到20世紀70年代，蘇澤蘭推動計算機行業創建了一種具備數十萬個電路的微芯片——如今成為了半導體行業的基石。
今年84歲的他認為，美國在關鍵時刻沒有籌謀新的、可助其重奪最先進計算機制造領先地位的芯片技術。
新的芯片制造技術會是怎樣的？根據蘇澤蘭的說法，過冷電子電路能在無電阻情況下切換，從而在更高速度下不產生過多熱量，計算機設計師可借此繞過最大的技術障礙，得到更快的機器。
蘇澤蘭還與一位同事撰文寫道：“最能夠抓住超導數字電路（superconducting digital circuit）這一機遇的國家，將在未來幾十年擁有計算優勢?！?/p>
蘇澤蘭博士創建的Sketchpad
1970年代，時任加州理工學院計算機科學系主任的蘇澤蘭與其兄長、后來成為施樂帕羅奧多研究中心研究經理的伯特·蘇澤蘭（Bert Sutherland），一起向物理學家卡弗·米德（Carver Mead）介紹了計算機科學家林恩·康威（Lynn Conway）。
這四人組開創了一種基于CMOS晶體管的新設計。CMOS全稱“互補金屬氧化物半導體”（complementary metal-oxide semiconductor），是一種場效應晶體管制造工藝，誕生于20世紀60年代。它的出現使生產個人電腦、視頻游戲以及各種商業、消費和軍事產品所需的微芯片成為可能。
而蘇澤蘭如今的觀點是，一種比CMOS更早出現的替代技術，曾經并不成功甚至問題百出的技術，似乎值得我們重新審視。
被放棄的超導芯片重啟新航向
超導電子技術，由麻省理工學院（MIT）于1950年代率先提出，到1970年代成為IBM的追求目標，之后卻又被人們放棄了。
1987年，蘇聯最后一任領導人米哈伊爾·戈爾巴喬夫（Mikhail Gorbachev）在《真理報》上讀到一篇文章。文章介紹了日本微電子巨頭富士通（Fujitsu）在低溫計算方面取得的驚人進步。
戈爾巴喬夫對此很感興趣。蘇聯難道不能在這一領域做得出類拔萃嗎？他想聽聽專業人士的意見。
于是，向蘇聯政治局作五分鐘簡報的任務落到了莫斯科國立大學年輕的物理學副教授康斯坦丁·利哈列夫（Konstantin Likharev）身上。
一份由麻省理工學院林肯實驗室制作、蘇澤蘭博士在家中打印輸出的電路
但當利哈列夫博士讀到《真理報》文章時，他意識到文章作者誤讀了新聞，也錯誤地將富士通超導存儲芯片的運行速度夸大了5個數量級。
利哈列夫解釋了文章錯誤，不過也指出該領域仍有希望。之后，他的小型實驗室獲得數百萬美元的科研資助，從而有能力建立一個小型研究團隊，并最終在柏林墻倒塌后搬遷到美國。
利哈列夫后進入紐約石溪大學任職，并幫助創辦了Hypres——至今仍在的一家數字超導體公司。
超導芯片的故事看起來早已結束。但正如蘇澤蘭所言，這項難以捉摸的技術有望再獲動力，開辟新路，因為現代芯片制造成本非常巨大——要知道新建一座半導體工廠需耗資100億至200億美元，且最多5年方可完工。
蘇澤蘭認為，美國不應推動效率越來越低、成本越來越高的技術，而要培訓能夠另辟蹊徑的新一代年輕工程師。
6G芯片和超導處理器
基于超導體的計算系統，開關和電線電阻降至零的計算系統，有望解決日益困擾數據中心的冷卻難題。
目前，CMOS芯片制造由中國臺灣和韓國的企業主導。美國正計劃從近1萬億美元的私人和公共資金中拿出1/3，盡力重建自己的芯片產業并重新獲得全球主導地位。
包括蘇澤蘭在內的很多專業人士都認為CMOS制造正觸及基本極限，更進一步的代價會大到不可接受。
可以這么說，我們將不得不從根本上改變設計計算機的方式，因為我們正在接近當前硅基技術所能達到的極限。
隨著晶體管尺寸縮小至僅有數千甚至數百個原子大小，半導體行業也越發受制于各類技術瓶頸。
蘇澤蘭持有的60年代世界最強大計算機TX-2的數千個模塊之一
另一方面，目前在用的微處理器芯片存在“自熔”的難題：
如果同時使用芯片上全部數十億個晶體管，它們產生的熱量足以熔化芯片。因此，只會有一部分晶體管在任何時候都處于工作狀態——這大大限制了芯片效率。
蘇澤蘭表示，出于國家安全原因，美國應考慮替代技術。超導計算技術的優勢可能首先會在競爭激烈的蜂窩基站市場中發揮作用。
蜂窩基站是信號塔內處理無線信號的專用計算機。中國已成為當前5G技術市場的主導力量，而下一代6G芯片將受益于超導處理器的極速和低功耗要求。
模仿人類大腦的計算機？
Alphabet董事長、曾經的斯坦福大學校長約翰·L·亨尼西（John L. Hennessy）表示：“只有兩種方法可以解決難題。要么，通過新設計提高芯片效率，這對通用計算機來說不太可能；要么，創造一種不受現有規則制約的新技術?！?/p>
能否創造出模仿人類大腦的計算機呢？這將會是低功耗計算效率的奇跡。
超導公司Hypres的首席技術官埃利·特拉克（Elie Track）表示：“使用超導技術創建類似人腦的東西確實極具潛力。與仍處于早期實驗階段的量子計算技術相比，這是現階段可以做到的事情。但很遺憾，尚無資助機構關注它?！?/p>
超導計算的時代可能還沒有到來，部分原因在于，每當CMOS世界似乎要遇到足以終結它的挑戰時，聰明的工程師卻先一步解決了問題。
2019年，由馬克斯·舒拉克（Max Shulaker）領導的MIT團隊宣布，他們已經用碳納米管構建了一個微處理器，其能效有望達到當前硅芯片的10倍。舒拉克正與半導體制造商亞德諾（Analog Devices）合作，將該技術的混合版本商業化。
不過隨著硅接近原子極限，超導版本的替代方法無疑充滿競爭力。斯坦福計算機科學家馬克·霍洛維茨（Mark Horowitz）表示，受蘇澤蘭博士喜愛的超導電子技術不應當被低估。
“改變歷史進程的人總會有點瘋狂，但你知道，他們往往是正確的?！?/p>
資料來源：A Tech Industry Pioneer Sees a Way for the U.S. to Lead in Advanced Chips