五十年前的這個月，戈登·摩爾發表了一篇歷史性論文，標題頗為隨意，名為：“在積體電路上塞進更多元件”。這份檔案是摩爾首次闡述一個原則，經過稍作修改後，該原則被提升為定律：每兩年計算機晶片上的電晶體數量將翻一番。
正如任何對計算稍有興趣的人都知道的那樣，摩爾定律是資訊時代的基石。約翰·帕夫魯斯在五月《大眾科學》雜誌的“尋找新機器”一文中寫道，“積體電路使計算機工作，但摩爾定律使計算機進化。” 幾十年來，人們一直在預測摩爾定律的終結，而工程師們總能找到方法保持進步的步伐。但有理由相信，這些工程師很快將遇到無法克服的障礙。“自 2000 年以來，面對這些障礙的晶片工程師一直在開發巧妙的變通方法，”帕夫魯斯寫道，“但這些權宜之計不會改變矽縮放技術壽命不足十年的事實。”
面對這個最後期限，晶片製造商正在投入數十億美元來研究和開發新的計算技術。在他的文章中，帕夫魯斯帶領我們參觀了這場研發熱潮。雖然不可能知道哪種技術將超越矽——而且有充分的理由相信這將是多種技術的結合，而不是任何一項突破——但我們可以看看競爭者。這是一個快速概覽。
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石墨烯
矽計算機晶片製造商可以採取的更激進的舉措之一是完全放棄矽。這種情況不太可能很快發生，但IBM去年確實宣佈將花費30億美元尋找替代品。最明顯的候選者是——還能是什麼呢？——石墨烯，單原子碳片。“就像矽一樣，”帕夫魯斯寫道，“石墨烯具有在很寬溫度範圍內保持穩定的電子有用特性。更棒的是，電子以相對論速度在其中飛馳。最關鍵的是，它可以擴充套件——至少在實驗室中是這樣。已經制造出石墨烯電晶體，其執行速度比效能最佳的矽器件快數百甚至數千倍，且功率密度合理，甚至低於矽進入量子狀態的五奈米閾值。” 然而，一個重要的問題是，石墨烯沒有帶隙——這種量子特性使得將電晶體從導通狀態切換到截止狀態成為可能。
碳奈米管
將單原子碳片捲成圓柱體，情況就會有所改善：碳奈米管會形成帶隙，並由此產生一些半導體特性。但帕夫魯斯發現，即使是負責開發基於碳奈米管計算的研究人員也對此表示懷疑。“碳奈米管是精細的結構，”他寫道。“如果奈米管的直徑或手性——碳原子“滾動”的角度——即使發生微小變化，其帶隙也可能會消失，使其無法用作數位電路元件。工程師還必須能夠使用矽晶圓廠現在依賴的相同技術，將數十億個奈米管整齊地排列成行，行距僅為幾奈米。”
憶阻器
惠普正在開發基於一種全新的電子元件——憶阻器的晶片。憶阻器在 1971 年被預測，但在 2008 年才被開發出來——這個術語是“memory”（記憶體）和“resistor”（電阻器）的組合——具有“記住”先前流過它的電流大小的奇特能力。正如帕夫魯斯解釋的那樣，憶阻器使得將儲存和隨機存取儲存器結合起來成為可能。“將 CPU 比作計算機‘大腦’的常用比喻，如果用憶阻器代替電晶體，將會更加準確，因為前者實際上更像神經元——它們傳輸和編碼資訊，同時也儲存資訊，”他寫道。
認知計算機
為了製造“至少像蒼蠅一樣‘聰明’”的晶片，IBM 認知計算小組的研究人員正在探索摒棄類似計算器的馮·諾依曼架構的處理器。相反，正如帕夫魯斯解釋的那樣，他們“模仿哺乳動物大腦中的皮質柱，後者在同一結構中處理、傳輸和儲存資訊，沒有匯流排瓶頸阻礙連線。” 其成果是 IBM 的 TrueNorth 晶片，其中 50 億個電晶體模擬了一百萬個神經元，這些神經元透過 2.56 億個突觸連線連線。“這種安排帶來的好處是，”帕夫魯斯寫道，“以雷射筆的能源預算實現即時模式匹配效能。”