《終結(jié)者》里的液態(tài)金屬，是否會(huì)掀起一場(chǎng)“芯片革命”？

　　提起液態(tài)金屬，大家會(huì)想到什么?可能果粉會(huì)想到經(jīng)常傳說(shuō)在下一代iPhone中使用的黑科技，硬件愛(ài)好者可能會(huì)想到散熱器。但更多人估計(jì)會(huì)第一時(shí)間聯(lián)想到《終結(jié)者2》里的反派T-1000。

　　電影里這哥們的身體就是液態(tài)金屬做的，可以隨便改變形狀，受傷了能自我修復(fù)——當(dāng)然最后還是被老州長(zhǎng)干掉了。

　　那么提起芯片，我們會(huì)想到什么呢?估計(jì)最近大家對(duì)它的聯(lián)想都是這樣的：這東西我們好像造不出來(lái)……

　　這沒(méi)什么可大驚小怪的，要知道一枚并不大的芯片，是建立在整個(gè)半導(dǎo)體革命，和背后工程學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)科技、精密工業(yè)等技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)鏈之上的。

　　歐美國(guó)家用幾十年完成了這場(chǎng)變革，并且不斷加強(qiáng)信息和技術(shù)封鎖。這種情況下中國(guó)想要短時(shí)間內(nèi)掌握這門(mén)核心技術(shù)顯然不可能。即使奮起直追，也需要漫長(zhǎng)的時(shí)間給予配合。

　　但是有沒(méi)有這樣一種可能：芯片本身的材料和工藝發(fā)生了翻天覆地的革命，新的材料和工藝讓大家重新回到同一個(gè)起跑線(xiàn)上?上面提到的T-1000身上那種可控制、可塑形，能夠自由在固態(tài)液態(tài)間轉(zhuǎn)化的金屬，說(shuō)不定就是這種可能性的開(kāi)關(guān)。

　　當(dāng)然了，今天看來(lái)這還有點(diǎn)遠(yuǎn)，但并不妨礙我們?nèi)チ私庖幌驴茖W(xué)界普遍看好的這場(chǎng)“芯片革命”。

　　已經(jīng)顯示出威力的可編程液態(tài)金屬

　　去年10月，英國(guó)薩塞克斯大學(xué)和斯旺西大學(xué)聯(lián)合公布了一項(xiàng)研究成果。研究人員對(duì)外展示了他們通過(guò)改變電場(chǎng)強(qiáng)度，讓液態(tài)金屬變身為各種二維形狀的技術(shù)。比如說(shuō)讓液態(tài)金屬給你比個(gè)心，變成各種字母什么的。

　　由于這項(xiàng)技術(shù)中，控制液體成型的電場(chǎng)由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生，這就意味著人類(lèi)已經(jīng)可以通過(guò)編程的方式來(lái)遠(yuǎn)程控制液態(tài)金屬，并可以操縱它移動(dòng)。

　　之所以必須是液態(tài)金屬來(lái)接受編程控制，是因?yàn)橄啾扔谄渌后w，液態(tài)金屬本身導(dǎo)電性非常好，適合通過(guò)電場(chǎng)激活其狀態(tài);而相比于普通固態(tài)金屬，液態(tài)金屬又具備非常強(qiáng)的流性，從而具備了編程可控性。

　　換句話(huà)說(shuō)，假如人類(lèi)想要一種可以極其精細(xì)、復(fù)雜改變形狀與移動(dòng)軌跡的位置，那么液態(tài)金屬近乎是唯一的選擇。

　　當(dāng)然了，英國(guó)科學(xué)家們研究的可編程液態(tài)金屬目前只能在平面上移動(dòng)。想要像終結(jié)者那樣做出隨意變形的液體金屬機(jī)器人還不靠譜。

　　但即使這樣，也已經(jīng)給很多產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的想象空間。

　　比如軟體機(jī)器人的連接器、高強(qiáng)度的柔性顯示屏、像水滴一樣進(jìn)入體內(nèi)的體驗(yàn)機(jī)器人等等。但比起這些，可編程液態(tài)金屬真正引人遐思的地方，在于它可能是取代晶體管的最佳選擇。

　　造終結(jié)者不大可能，升級(jí)計(jì)算機(jī)有點(diǎn)靠譜

　　根據(jù)著名的循馮·諾依曼體系，今天通行的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算、存儲(chǔ)、控制、輸入、輸出五個(gè)部分構(gòu)成。而構(gòu)成這些信息運(yùn)算部分的最基本原件，就是我們非常熟悉的晶體管。

　　無(wú)論是芯片還是其他運(yùn)算設(shè)備，基本原理都是調(diào)整通過(guò)晶體管電壓的高低，來(lái)讓晶體管現(xiàn)實(shí)出1或者0，從而達(dá)成二進(jìn)制的經(jīng)典計(jì)算。極大數(shù)量的晶體管在集成電路上協(xié)同工作，就構(gòu)成了最近咱們非常熟悉的那個(gè)詞：芯片。

　　由于以上工作機(jī)制，新上集成的晶體管數(shù)量越多，計(jì)算性能就會(huì)越好。

　　所以這幾十年人類(lèi)沒(méi)忙別的，就是在努力縮小晶體管的尺寸，提升單位面積中的晶體管數(shù)量。由于晶體管在不斷縮小、集成工藝越來(lái)越好，就出現(xiàn)了我們熟悉的“摩爾定律”。

　　于是問(wèn)題來(lái)了，那就是無(wú)論晶體管的大小，還是芯片制造工藝，都肯定是有盡頭的，甚至很多科學(xué)家認(rèn)為這個(gè)盡頭已經(jīng)迫在眉睫。

　　但毫無(wú)疑問(wèn)，人類(lèi)對(duì)算力的呼喚是深不見(jiàn)底的。這個(gè)矛盾怎么解決呢?

　　一種思路是干脆咱們不要0和1經(jīng)典計(jì)算了，用量子糾纏的方式重新構(gòu)建計(jì)算邏輯，這就是大名鼎鼎的量子計(jì)算。

　　但還有一種思路，是直接在計(jì)算原件上下手，從材料上突破算力的限制。這個(gè)思路上的方案有不少，但今天最接近應(yīng)用也最具有長(zhǎng)期投資可能性的，就是編程液態(tài)金屬。

　　由于液態(tài)金屬具有很好的流動(dòng)性、表面張力和導(dǎo)電性、散熱性，可以說(shuō)是快速傳輸信號(hào)的理想材料。如果能夠通過(guò)電、溫度、磁場(chǎng)等條件來(lái)刺激液體金屬完成計(jì)算，那么很可能突破摩爾定律的限制，讓人類(lèi)的算力得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

　　這種可能性并不是僅僅停留在想象上，事實(shí)上，已經(jīng)有非常多實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)開(kāi)始以液態(tài)金屬為基礎(chǔ)，重新設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新型計(jì)算機(jī)。比如IBM著名的類(lèi)腦計(jì)算項(xiàng)目REPCOOL超級(jí)計(jì)算機(jī)。就是通過(guò)模仿人類(lèi)大腦的信息傳輸和存儲(chǔ)機(jī)制，以液態(tài)金屬作為信息和能量的傳輸載體完成快速計(jì)算。

　　這個(gè)項(xiàng)目的預(yù)期，是到2030將一臺(tái)性能達(dá)到1 peaflop每秒的計(jì)算機(jī)，從今天一間教室那么大縮小到普通的臺(tái)式機(jī)的大小。而編程液態(tài)金屬，是這一切的先決條件。

　　淘汰晶體管的大革命

　　既然液態(tài)金屬是一種被廣泛看好的計(jì)算設(shè)備原件，那么一旦成熟起來(lái)，直接淘汰今天的晶體管和芯片并非沒(méi)有可能。

　　比如卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的非常知名的軟機(jī)械實(shí)驗(yàn)室，就在開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)一種由銦和鎵為主要物質(zhì)的合成技術(shù)。其目的就是將計(jì)算單元轉(zhuǎn)化為液體，從而淘汰傳統(tǒng)晶體管。

　　等一下，怎么好像這么多事還都是外國(guó)人在干啊?

　　那就算成了我們不是又落后一大截?到時(shí)候搞個(gè)禁止出口液態(tài)金屬給我們不是更被動(dòng)?

　　萬(wàn)幸的是，在液態(tài)金屬編程這個(gè)今天還處在探索期的方向上，中國(guó)人并沒(méi)有落后世界。

　　國(guó)內(nèi)最著名的業(yè)態(tài)金屬研究部門(mén)，是中科院的劉靜教授團(tuán)隊(duì)。很多液態(tài)金屬領(lǐng)域的突破，尤其是液態(tài)金屬編程和將液態(tài)金屬轉(zhuǎn)化為計(jì)算單元方面，今天都在由中國(guó)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)完成。

　　比如劉靜團(tuán)隊(duì)曾率先證實(shí)了可以借助溫度變化，讓液態(tài)金屬在固態(tài)液態(tài)間轉(zhuǎn)化，從而以電阻值的不同來(lái)達(dá)成經(jīng)典計(jì)算。

　　相比今天的芯片系統(tǒng)，液體金屬計(jì)算機(jī)至少有這樣幾個(gè)想象力：可以受到多種環(huán)境指令，同時(shí)完成復(fù)雜的并行計(jì)算，比傳統(tǒng)芯片又速度優(yōu)勢(shì);液態(tài)有更好的散熱性，可以極大程度避免計(jì)算發(fā)熱問(wèn)題;能夠隨意改變形狀，做出來(lái)軟軟的芯片。

　　雖然這項(xiàng)技術(shù)尚有距離，但已經(jīng)為很多計(jì)算機(jī)科學(xué)的問(wèn)題指明了未來(lái)方向。其實(shí)芯片為軸心的計(jì)算機(jī)與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)看似神秘，但其本身絕不是永恒的真理。各種各樣的科學(xué)突破都等在路上，說(shuō)不定哪天就給你來(lái)個(gè)“農(nóng)民起義”。

　　而最重要的是，下一次計(jì)算迭代，中國(guó)極大概率會(huì)是重要的參與者，甚至推動(dòng)者。