中期（2030—2070）
摩尔定律的结束
我们不得不问这个计算机革命将持续多久？如果摩尔定律的正确性再持续50年，很可能计算机会很快超过人脑的计算能力。到这个世纪的中期，一个新的动态将发生。正如乔治·哈里森（George Harrison）曾经说过：“所有的事情都一定会终止。”甚至摩尔定律也一定会结束，有了它计算机能力的显著的提高推动了过去半个世纪经济的增长。
今天，我们理所当然地认为，事实上相信它是我们生来就有的权利，计算机产品的能力和复杂性会日益增加。这就是为什么我们每年买新的计算机产品，知道它的能力几乎是去年样式的2倍。但是如果摩尔定律崩溃了，并且每一代计算机产品的功能和速度大约与去年的相同，我们还会买新计算机吗？
因为芯片是放在各种产品里的，这对整个经济可能产生灾难性的影响。因为整个工业会停滞不前，上百万人可能失去工作，经济可能陷入困境。
多年前，当物理学家指出摩尔定律必然崩溃时，在传统上，工业一再轻视我们的主张，暗示我们是叫喊的狼。他们说，摩尔定律的结束被预测了这么多次，因此他们完全不能相信。
但是不会再有了。
两年前，我给微软在他们华盛顿州西雅图总部的主要会议上定了基调。3000个顶尖的微软工程师在听众席中等待听我讲计算机和无线电通讯的未来。我凝视巨大的人群，我可以看到年轻的、热情的工程师的脸，是他们编制程序使我们桌上和膝盖上的计算机能够运转。我直言不讳地谈论摩尔定律，讲到工业必须为它的崩溃做好准备。要是在10年前，我也许会遇到嘲笑或讥讽。但是这一次我只是看到人们在点头。
因此，摩尔定律的崩溃是一件具有国际重要性的事情，涉及万亿美元的风险。但是它究竟怎样结束、什么来代替它、依靠什么物理定律呢？对这些物理问题的回答将最终动摇资本主义的经济结构。
要懂得这种情况，重要的是要认识计算机革命显著的成功是依赖若干物理原则。首先，计算机有着令人眼花缭乱的速度是因为电子信号以接近光的速度，宇宙中的终极速度传播。在一秒钟之内光线环绕地球7次，或到达月球。电子也容易到处移动，并且松散地被原子束缚（只要梳理一下头发、在地毯上行走或者洗衣服，电子就可以跑出来，这就是为什么我们有静电附着）。松散的束缚和电子巨大的速度相结合，使我们能以炫目的速度发送电子信号，这就产生了过去这个世纪的电子革命。
第二，在激光束中能放置的信息量实际上是没有限制的。因为光波的振动比声波的振动要快得多，所以承载的信息要比声波巨大得多。（例如，想象一条伸长的绳子，让它的一头快速振动。你摇动一端的速度越快，沿绳子发送的信号就越多。当振动加快，也就是频率加快时，放进一个波里的信息量就会增加。）光是一个每秒钟振动大约1014次的波（也就是1的后面14个零）。传递一位信息（1或0）需要很多次循环。这意味着一根光纤电缆在单一的频率下大约能承载1011位的信息。把很多的信号塞满到一根单一的光纤中，然后把这些光纤集束成光缆，传递信息的位数就可以增加。这意味着，增加光缆中通道的数目，然后增加光缆的数目，传递信息的数量几乎不受限制。
第三，最重要的是计算机革命是由晶体管小型化驱动的。一个晶体管是一个控制电流流动的门，或一个开关。如果把电路比做管道，那么晶体管就像控制水流的阀门。只要拧一下阀门就能控制大量的水，同样，晶体管能使小的电流控制更大的电流，因此放大了它的功率。
这个革命的核心是在指甲盖大小的芯片上可以含有几亿个晶体管的计算机芯片，在笔记本电脑中的芯片内部的晶体管只能在显微镜下才能看到。这些难以想象的微小晶体管是采用加工T恤衫同样的设计方式制作的。
T恤衫的设计是批量生产的，先制作一个具有想要创作的模式轮廓的模板。然后将模板放在布上，喷上涂料。仅仅在模板空隙的地方涂料才能渗透到衣服上。将模板拿开后，就有了T恤衫模式的完美的复制品。
同样，做一块模板，含有几百万个晶体管的复杂轮廓。将此模板放在含有很多层硅的对光敏感的晶片上。然后将紫外线聚焦在模板上，紫外线穿过模板的间隙使硅晶片曝光。
然后将晶片放在酸中浸泡，蚀刻电路的轮廓，产生复杂的几百万个晶体管的设计。因为晶片含有很多导电和半导电的层，酸浸蚀晶片的深度和模式不同，因此可以产生极其复杂的电路。
为什么摩尔定律会不断地增加芯片的能力？一个理由是因为紫外线的波长可以调整到越来越短，这就可能使得在硅芯片上蚀刻的晶体管越来越小。因为紫外线的波长可小到10纳米（1纳米是1米的十亿分之一），这意味着能够蚀刻的最小晶体管直径大约30个原子宽。
但是这个过程不能永远继续下去。到达某一点，用这种方式蚀刻原子尺寸的晶体管实际上是不可能的。你也可以大约计算一下摩尔定律将最终在什么时候崩溃：当晶体管的尺寸最终为单个原子尺寸的时候。（图1）
图1 摩尔定律的终结。芯片制作的方法与T恤衫的设计相同。不是喷涂料在模板上，而是将紫外线集中照射在模板上，在硅层上烧成一个图像。然后用酸蚀刻这个图像，产生上亿个晶体管。在进行到原子尺度时，这种方法就有了极限。硅谷将会变成荒芜的地区吗？
大约2020年，或之后不久，摩尔定律将渐渐不再成立，硅谷将会慢慢地变成一片废墟，除非有新的技术代替。根据物理定律，硅谷时代将最终结束，我们将进入后硅谷时代。晶体管变得如此之小，以致原子物理学或量子理论将取而代之，并且电子将会从导线中渗漏出来。例如，计算机内最薄的层大约只有5个原子直径那么厚。在这一点，根据物理定律，量子理论将起作用。海森堡（Heisenberg）的测不准原理（uncertainty principle）说，不能同时知道任何粒子的位置和速度。这听上去也许违反直觉，但是在原子级别上确实不能知道电子在哪，因此它决不会完全被禁锢在超薄的导线或薄层中，它一定会渗漏出来引起短路。
我们将在第4章，在分析纳米技术时更详细讨论这个问题。在这一章的其他部分，我们假定物理学家已经发现硅的后继者，但是计算机能力的增长比过去要慢得多。计算机的能力很可能继续以指数增长，但翻一番的时间不是18个月，而是很多年。