五十年前的这个月，戈登·摩尔发表了一篇历史性论文，标题颇为随意，名为：“在集成电路上塞进更多组件”。这份文件是摩尔首次阐述一个原则，经过稍作修改后，该原则被提升为定律：每两年计算机芯片上的晶体管数量将翻一番。
正如任何对计算稍有兴趣的人都知道的那样，摩尔定律是信息时代的基石。约翰·帕夫鲁斯在五月《大众科学》杂志的“寻找新机器”一文中写道，“集成电路使计算机工作，但摩尔定律使计算机进化。” 几十年来，人们一直在预测摩尔定律的终结，而工程师们总能找到方法保持进步的步伐。但有理由相信，这些工程师很快将遇到无法克服的障碍。“自 2000 年以来，面对这些障碍的芯片工程师一直在开发巧妙的变通方法，”帕夫鲁斯写道，“但这些权宜之计不会改变硅缩放技术寿命不足十年的事实。”
面对这个最后期限，芯片制造商正在投入数十亿美元来研究和开发新的计算技术。在他的文章中，帕夫鲁斯带领我们参观了这场研发热潮。虽然不可能知道哪种技术将超越硅——而且有充分的理由相信这将是多种技术的结合，而不是任何一项突破——但我们可以看看竞争者。这是一个快速概览。
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石墨烯
硅计算机芯片制造商可以采取的更激进的举措之一是完全放弃硅。这种情况不太可能很快发生，但IBM去年确实宣布将花费30亿美元寻找替代品。最明显的候选者是——还能是什么呢？——石墨烯，单原子碳片。“就像硅一样，”帕夫鲁斯写道，“石墨烯具有在很宽温度范围内保持稳定的电子有用特性。更棒的是，电子以相对论速度在其中飞驰。最关键的是，它可以扩展——至少在实验室中是这样。已经制造出石墨烯晶体管，其运行速度比性能最佳的硅器件快数百甚至数千倍，且功率密度合理，甚至低于硅进入量子状态的五纳米阈值。” 然而，一个重要的问题是，石墨烯没有带隙——这种量子特性使得将晶体管从导通状态切换到截止状态成为可能。
碳纳米管
将单原子碳片卷成圆柱体，情况就会有所改善：碳纳米管会形成带隙，并由此产生一些半导体特性。但帕夫鲁斯发现，即使是负责开发基于碳纳米管计算的研究人员也对此表示怀疑。“碳纳米管是精细的结构，”他写道。“如果纳米管的直径或手性——碳原子“滚动”的角度——即使发生微小变化，其带隙也可能会消失，使其无法用作数字电路元件。工程师还必须能够使用硅晶圆厂现在依赖的相同技术，将数十亿个纳米管整齐地排列成行，行距仅为几纳米。”
忆阻器
惠普正在开发基于一种全新的电子元件——忆阻器的芯片。忆阻器在 1971 年被预测，但在 2008 年才被开发出来——这个术语是“memory”（内存）和“resistor”（电阻器）的组合——具有“记住”先前流过它的电流大小的奇特能力。正如帕夫鲁斯解释的那样，忆阻器使得将存储和随机存取存储器结合起来成为可能。“将 CPU 比作计算机‘大脑’的常用比喻，如果用忆阻器代替晶体管，将会更加准确，因为前者实际上更像神经元——它们传输和编码信息，同时也存储信息，”他写道。
认知计算机
为了制造“至少像苍蝇一样‘聪明’”的芯片，IBM 认知计算小组的研究人员正在探索摒弃类似计算器的冯·诺依曼架构的处理器。相反，正如帕夫鲁斯解释的那样，他们“模仿哺乳动物大脑中的皮质柱，后者在同一结构中处理、传输和存储信息，没有总线瓶颈阻碍连接。” 其成果是 IBM 的 TrueNorth 芯片，其中 50 亿个晶体管模拟了一百万个神经元，这些神经元通过 2.56 亿个突触连接连接。“这种安排带来的好处是，”帕夫鲁斯写道，“以激光笔的能源预算实现实时模式匹配性能。”