从实验室里的IT创新透视产业革命

在大大小小的实验室里正在进行着各种各样的创新性甚至是革命性的IT技术研究，从分子计算机、高密度存储到人机交互的界面等，其中的某项技术或者某个灵感很可能将会改变整个IT产业。

与人们的期望相比，计算机行业的进步总是难以满足人们的要求，似乎革命性的变革来得太少、太慢。比如，今天流行的上网本本质上就是一台笔记本电脑，只是更小一点、更便宜一些; 为你电脑提供计算能力的芯片与过去的奔腾芯片也是一脉相承，并没有多少革命性的变化; 你刚刚购买的硬盘存储容量可能达到2TB，但它仍然只是一个硬盘驱动器而已。IT行业还有创新吗？那些真正的创新究竟在哪里？

当然有，它们就在实验室里。从某种程度上说，大型IT厂商和大学实验室的研究人员充当了IT行业的指路人，他们为IT行业的发展指明了前进的方向。产生于这些实验室里的产品和灵感有可能会改变整个IT行业，从网络、存储系统到敏感数据的安全以及最终用户与计算机交互的界面，在众多研究人员的努力下，几乎IT领域的各个方面都在孕育着革命性的变化。这里只是今天的实验室里正在研究的一些技术，很有可能这些技术会早于你的预计来到你身边。

处理器：突破摩尔定律

从20世纪中叶以来，计算机的发展就像是在与摩尔定律赛跑。摩尔定律是由英特尔共同创始人Gordon E·摩尔首先提出的，这个猜想说的是集成电路的性能每18个月会翻一番。在过去的几十年中，摩尔的预言已经得到证实，计算机正是按照摩尔定律设定的轨道前行。如今，虽然芯片制造已接近现代处理器的物理限制，但多核CPU的出现让日趋小型化的芯片能继续提供越来越强大的计算能力。

不过，一些科学家认为摩尔定律已经到了该终结的时候了，其原因不是因为我们停止追求更快的处理器。相反，他们认为计算机将向量子领域实现一次飞跃。 量子计算机—一种因其亚原子粒子的特性而拥有强大处理能力的设备，被普遍视为未来计算机领域的一次重大变革。只是尽管科学家们一直努力设法构造一台真正的量子计算机，但即使是最成功的量子计算机研究项目迄今也只解决了简单的计算问题。

当然，在微处理器方面也有其他一些技术同样是革命性的。伊利诺伊大学Rakesh Kumar教授提出了一种新的提高现有CPU运算速度的方法。他说，今天的芯片花太多时间试图让所有的计算完全正确，而实际上所有集成电路总是会犯错误。为了确保计算结果的绝对正确，芯片消耗了过多的原本不必要的计算能力，这也使得我们很难缩小芯片上各个元件的尺寸。Kumar认为并不是每个崩溃都是灾难，他带领的研究小组没有采用传统的绝对无差错处理器设计，而是在研发一种可容错的计算机。这种硬件与软件配合使用，在CPU真正发生错误时，该软件可以处理这些错误，从而使得这种芯片能够以较低功率运行，同时无需担心对错误失去控制。

与此同时，来自密歇根理工大学和日本国立材料科学研究所的研究人员正在尝试一个更为激进的方法。他们完全放弃了硅材料，而是使用DDQ—一种由碳、氮、氧、氯组成的化合物来构建分子计算机。他们说已经模仿出人类大脑的并行处理结构，这样的一台真正接近人脑的计算机其处理能力要高出现有的CPU几个数量级。而且，由于他们的设计采用了有机分子，研究人员相信这种计算机可以从藻类生长出来，而不必使用现代工业的化学过程。

网络：结束交通拥堵

“网络就是计算机”这句话是Sun公司的研究员约翰盖奇在1984年第一个提出来的，不过，这句话从来没有像今天这样适用。从最强大的服务器到最小的移动设备，对于一个现代化计算机系统最基本的一个要求是，它能提供即时、快捷、可靠的网络接入。然而，随着富媒体内容的日益丰富，要满足这一要求仍然是一个挑战。幸运的是，新的网络技术正在兴起，这些技术给“高速宽带”这个词赋予了新的含义，也使得真正的高速宽带比预期的更早来到。

802.11n标准有望让无线网络的数据传输速率达到600Mbps，这项标准已经出台很久了，而相关的厂商现在才开始对较慢的802.11b和802.11g标准进行升级。但是，这并不意味着对Wi-Fi的性能改进就停滞不前。相反，Wi-Fi联盟和无线千兆联盟已经联手开发下一代Wi-Fi，有望像802.11n标准一样大大提升Wi-Fi的性能。新的标准将采用60GHz的无线电频谱，数据传输速率高达7Gbps，足够传输蓝光品质的视频内容。

然而，Wi-Fi新标准只能提升局部区域的数据传输速度，访问互联网的速度最终还得取决于与ISP的网络连接带宽。到目前为止，最快的网络连接只提供给那些有光纤与ISP直接相连的客户，但不久ISP将能给更多的客户提供一种接近光纤速度的低成本互联网接入方式。阿尔卡特-朗讯正在研发的一项技术，由于采用了多种信号处理技术，使这项技术可以在普通的铜线上实现高达300Mbps的数据传输速度，距离通信集线器的最远传输距离可达400米。

存储：多多益善

当今的数据中心就像一只幼鸟，总是处于饥饿状态：更多的存储容量、更高的密度、更低的用电量和更快的访问时间，数据中心对这些方面的需求是无止境的。幸运的是，存储一直是近年来IT行业中技术进步速度最快的领域之一，而且这一趋势还会保持下去。比如，硬盘制造商正在以惊人的速度提高硬盘的容量，甚至芯片制造商也投入极大的热情在积极研发高速固态硬盘。不过，最令人兴奋的新一代数据存储技术还没有出现，或者说它们才刚刚萌芽。

IBM的Almaden研究中心的科学家正在研究一种新形式的固态硬盘，他们称之为“赛道内存（racetrack memory）”。这种存储技术利用纳米导线中单个电子的自旋方向来存储信息，采用这种技术的存储设备其数据存储密度要远高于传统的闪存，而其数据访问速度与传统RAM内存相当。如同其他固态存储介质一样，即使电源关闭，数据也依然被保存在设备中。而与这些基于闪存的存储设备不同的是，“赛道内存”在读和写数据方面上性能没有什么差别，而且不存在现在的固态硬盘常见的写次数限制问题。

与此同时，惠普的工程师则希望从旧的思路中发掘出新的价值。“忆阻器（memristor）”—这个名字由内存（memory）和晶体管（transistor）混合而成，是加州大学伯克利分校教授莱昂蔡氏于1971年在一篇论文中首次提出来的概念。但直到2008年，惠普才宣布它已成功地生产出了一个可以实际工作的忆阻器。最近惠普公司表示，该技术的应用潜力远远超过了莱昂蔡氏当初的设想。因为忆阻器有很多传统晶体管所不具有的特性，比如，忆阻器除了可以用来保存数据以外，它还可以执行自己的计算。更重要的是，忆阻器的存储密度是闪存设备的两倍左右，并且更耐热。惠普希望这项技术能在未来几年内商业化。安全：无法攻破的锁

随着企业和个人消费者在信息方面不断积累，数据也越来越多，保护这些数据已经成为最为关注的问题之一。到目前位置，数据加密技术仍然是保护数据的主要手段之一。然而，随着计算机处理能力的不断增加，很多以前看起来很有效的加密办法在强大的计算机面前显得不值一提。这就是为什么数学家、工程师和计算机科学家已经很难再提出不存在以往那些漏洞的新的数据加密方法。实际上，计算能力的提高是一把双刃剑，它使得加密模型和破解工具这两个阵营之间的竞赛越来越激烈。

现在讨论最多的是量子密码术，这也被视为量子计算机的第一个“杀手级应用”。量子密码技术利用了一个原理，即我们对量子系统进行观察其实就是对这个系统的一种干扰。只要有人窃取或者进入了一个由量子组成的系统，这个系统的状态就会发生改变。换而言之，任何人只要阅读过一个采用量子密码加密过的信息，就会留下不可撤销的记录。因此，从理论上说要想窃听一个通过量子密码技术加密的信息而不留下任何痕迹是不可能的。然而，如前所述，量子计算本身还处在实验阶段，量子计算机和量子密码术的商业应用都有很长的路要走。

最近，IBM研究人员Craig Gentry有了一个惊人的发现，这个发现有望解决数据的加密问题。Gentry找到了一种算法，这一算法能完成顶级的加密专家们长期以来认为不可能的工作：它允许电脑系统对加密数据执行各种运算和操作，而无需先对数据进行解密。也就是说，数据到来之前是如何加密的，其计算结果也以同样的方式进行加密，中间没有任何步骤会让数据暴露在窃取者的眼睛之下。Gentry的这一发现可能对广泛使用的数字安全系统带来重大的影响，包括从网上银行到数字媒体的交付，只是它可能还需要数年才能投入实际应用。

显示器：视觉新体验

当IBM首次把个人电脑推到市场时，显示器只能显示绿色字符，这也是当时的标准配置。后来，随着图形显示卡的不断进步和改善，这些单色的显示器逐渐让位给了色彩鲜艳的彩色显示器。今天，笨重的彩色CRT显示器也即将成为历史，更轻薄、低功耗的液晶显示器正在取而代之。而随着技术的不断进步，例如OLED背光技术，将使得现代平板显示器更明亮，比任何时候都更清晰。而且，这并不意味着显示技术已经走到了尽头，未来一定会出现更先进的技术。

比如，目前这一代的液晶面板很脆弱、易碎，如果不小心让手机掉到地上或者把它坐到屁股底下，手机显示屏很容易破碎。为了解决这个问题，索尼正在开发可弯曲的液晶面板，这一技术不仅有望提高液晶面板的使用寿命，而且也可能降低液晶面板的生产成本，创造出更清洁的生产车间。目前，索尼已经开发出产品原型，虽然这个产品原型分辨率很低，但是非常柔软，只有4毫米厚，可以卷成一个圆筒。

另一个想法是彻底甩掉显示器。液晶投影仪就是一种解决办法，而且今天也很常见，但它们的缺点是太笨重，同时用于投影的灯泡也太昂贵。此外，投影仪的图像质量无法保证，很大程度上取决于周围环境的照明情况。不过，随着采用激光技术的数字投影仪的出现这一切有望改变。传统的显示器通过对红、蓝、绿三种颜色的光进行混合来产生各种各样的颜色。由于可靠的绿色激光非常难以产生，因此制造商们迄今为止无法将激光用于投影设备，这也导致数字投影仪无法真正投入实用。康宁公司声称已经解决了这个问题，这意味着可能很快就可以从一个手机大小的设备中投射出非常耀眼的光来。

让显示设备在强光环境中能够展现出同样清晰的图像一直是一个难题。最近几年，随着电子纸技术的成熟，这个问题也有望得到解决。只是目前电子纸还是以黑白的为主，彩色的电子纸成本太高，无法大量使用，这是科学家和工程师们正在着手解决的问题之一。一个颇有前途的技术来自高通公司，这种被称为mirasol的技术能产生出各种颜色艳丽的图像，但其本身并不发光，因而更节能。mirasol采用了一种带有微机电装置的镜子，通过自然光的干涉效应把周围环境的光反射回来。它能根据环境的变化自动调节光的强度，从而保证阅读者能在强光下看清屏幕上的内容。和E-ink电子纸技术相比，它的亮度更高，可以显示彩色，刷新速度足够快，可以播放视频。对Mirasol来说，目前的最大问题是工艺和成本。这样大规模的微机电系统成品率偏低，而且其现在的成本也高于有近20年历史的E-ink技术。如今，采用该技术的产品已经上市，相信随着技术的完善，不用太久这项技术也将会走进普通大众的生活。

另外，由飞利浦分拆出来的Liquavista公司在显示技术方面走得更远些。它推出一种显示屏带有背光，同时也能与电子纸一样不用背光而单靠反射环境光来阅读。

人机交互：超越鼠标

尽管今天电脑在我们的学习和工作中扮演着越来越重要的作用，而且我们使用电脑的方式也已经与个人电脑刚刚出现时有了很大区别，但是，我们与电脑的交互方式却没有太多变化，基本上还是1984年苹果推出第一台Macintosh时的那些交互方式。电脑显示屏上最常见的仍然是闪动的光标，指针、文件夹、窗口、滚动条和其他控制部件等元素仍然统治着当今几乎每一个图形操作系统。

这与好莱坞电影里展现给我们的有很大差距。在好莱坞电影所展示的虚幻的世界里，你会看到悬浮在空中的显示屏、头盔式显示器等很酷的玩意儿。你也许会想，这些想法真的可以变成现实吗？

答案是肯定的，至少微软认为如此。微软在触摸屏技术方面的产品Surface给我们提供了一种新的与电脑进行交互的方式。Surface就像一个桌子，传统电脑上的那些元素你在这里看不到了，没有鼠标，也看不到键盘，取而代之的是多点触控的操作方式。而这还不是微软在人机交互方面最受期待的创新，更值得期待的是首次在个人游戏机Xbox 360上引入的一种设备，它以前称为Natal项目，正式的名字为Kinect for Xbox 360。它被认为是微软的Xbox与任天堂的Wii游戏机竞争的“王牌”。

与传统的游戏机都有一个实际的游戏控制器不同， Kinect将人的肢体动作带进游戏中而不是拿着游戏杆操作。它带有摄像头，可以通过视觉影像和红外线直接辨识判断人的位置、动作等。Kinect最迷人之处是，能让游戏玩家操纵在空中的游戏对象，也就是游戏玩家不用拿着任何控制器，只要站在摄影镜头前就可以玩游戏，并可同时支持到最多4个人。如果这种操作方式能被消费者接受，这种技术也有望应用到信息台和各种触摸屏设备上。

也许好莱坞电影里的人机交互技术最终成为现实的最好例子是奥布朗工业公司开发出的G-Speak虚拟空间操作系统。通过G-Speak技术，用户无需使用鼠标，而只要戴上特制的手套，就可以随意控制屏幕上的物体。比如你只要轻轻挥动手指，就可以随意选择屏幕上的物体。如果双手更靠近物体，还会感觉到那个物体好像离你更近、变得更大等。这项最早发源于麻省理工学院媒体实验室的技术有望广泛用于需要操控空间图形以及进行手势控制的应用中。随着3D电视和3D显示器在不久的将来成为主流的显示设备，类似G-Speak这样的技术出现在你的电脑上，你千万不要感到惊讶。

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