美國半導體產業協會（Semiconductor Industry Association）及半導體研究聯盟（Semiconductor Research Corporation）發表的一份研究報告預測，按照全球科技產業目前的發展趨勢，到2040年時，全世界生產的總電力將無法負擔電腦等電子設備同時運行所消耗的電能。這份報告聲稱，相關產業在未來25年內可能會遭遇瓶頸，因此當務之急是提高電腦的能源利用率。

這份報告給全球能源危機提供了一個新視角的同時，也招致了業界質疑的聲音。知名軟件公司 Cadence 的首席技術官 Chris Rowen 認為這一結論存在缺陷，報告將電子設備的能耗按照指數型增長來估計，這與市場的實際情況不符，因為從長遠來看，市場會自動進行調節。

但無論如何，降低電腦能耗、提高運算效率早已成為業界共識，包括量子計算（Quantum Computing）、神經形態計算（Neuromorphic Computing）等在內的新型計算技術勢必將引領這場變革。

「全世界的電能不可能全部用於電腦計算，所以現在問題是，我們如何將有限的能源發揮最大的作用。」半導體研究聯盟副總裁 Celia Merzbacher表示。

這份報告根據 Landauer 能量極限理論作出了上述估計。IBM 科學家 Rolf Landauer 於1961年發現，任意一台電腦在進行每一位元（bit）看似「虛擬」的運算時，都需要消耗一定的能量。他推導出了每位元能耗的下限公式，並將其命名為「Landauer 極限」。

近幾十年，計算技術取得了突飛猛進的發展，每位元運算的實際能耗被大幅降低，甚至在逐漸接近「Landauer 極限」。英特爾（Intel）創辦人 Gordon Moore 曾發現著名的「Moore 定律」：一定面積的集成電路上可容納的晶體管數量，以18個月翻一倍的速度增長，其性能也隨之翻倍。2011年，史丹福大學教授 Jonathan Koomey 提出「Koomey 定律」：電子設備各類組件體積縮小及通訊時間縮短，使得每隔18個月，相同計算量的能耗也減少一半。

然而，包括 IBM、英特爾等晶片廠商在內的全球半導體行業協會近日發布了一份半導體技術發展路線圖，預測到2021年後，晶體管的體積將不會進一步縮小，因為繼續縮小晶體管體積將沒有經濟性。半導體企業在未來不得不尋找其他方法，提高單位晶片面積內整合的晶體管數量，以進一步提高運算能力。

此外，新型計算技術為電腦節能目標提供了更加「高級」的途徑。美國 Quantum 公司利用量子物理學原理開發出的量子電腦，已獲得更強勁的處理能力，甚至號稱其單位能耗已經快達到「Landauer 極限」。麻省理工學院（MIT）物理學家 Seth Lloyd 也表示，量子電腦的邏輯運算處理確實已經進入到了 Landauer 理論的範圍內。

而模仿大腦結構的神經形態計算，則通過構造包括神經元、突觸、神經迴路和皮質功能區等神經形態器件形成「電子大腦」，讓這些結構產生類似人腦的功能。美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室（LLNL）和 IBM 今年共同研發了一款用於發展人工智能系統的超級電腦，就使用了名為 IBM TrueNorth 的神經形態計算晶片，其能耗僅相當於一個助聽器需要的電量。

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