Tương lai của máy tính

Năm 1958, một kỹ sư của Texas Instruments tên là Jack Kilby đã lần đầu tiên tạo ra một vi mạch tích hợp, chứa các bóng bán dẫn mà giống như một công tắc bật tắt tương ứng với các bit dữ liệu 0 và 1. Kể từ đó, với những nỗ lực không mệt mỏi các kỹ sư đã cố găng tăng gấp đôi số bóng bán dẫn trên mỗi chip trong máy tính cứ sau các chu kỳ hai năm. Thông thường, giải pháp được đưa ra là giảm một nửa kích thước của bóng bán dẫn.

 

Ngày nay, sau hàng chục lần lặp lại quy tắc tăng gấp đôi số bóng hay giảm một nửa kích thước, những chiếc bóng bán dẫn đã có kích thước của nguyên tử và một con chip có thể chứa tới 9 triệu bóng trên một mm2. Đồng thời với điều đó thì tốc độ xử lý của máy tính cũng tăng lên nhờ thực hiện được một lượng phép toán khổng lồ cứ mỗi giây. Việc tăng sức mạnh của máy tính lên gấp đôi sau mỗi hai năm còn được biết đến với cái tên là “Định luật Moore” sau khi được Gordon Moore, một kỹ sư của Intel khởi xướng hồi năm 1965. Định luật này làm cho các mô hình máy tính từ những năm trước trở nên lỗi thời và làm cho các thiết bị công nghệ ngày càng nhỏ gọn nhưng vẫn có tốc độ xử lý nhanh chóng.

Điểm kỳ dị công nghệ

Nhiều nhà khoa học tin tưởng rằng sự tăng trưởng theo cấp số nhân trong khả năng tính toán sẽ dẫn đến việc tại một thời điểm trong tương lai máy tính sẽ đạt được mức thông minh tương đương con người – điểm kỳ dị công nghệ. Nhà vật lý học, tương lai học là Ray Kurzweil đã dự đoán rằng máy tính sẽ bắt kịp trí tuệ con người trong hai thập kỉ tới. Ông nói với tạp chí Time rằng con người sẽ có não nhân tạo vào năm 2025 và cuối thập kỷ đó, máy tính có thể đạt được mức độ thông minh của con người.

Nếu vẫn tiếp tục tăng gấp đôi sức mạnh tính toán sau mỗi hai năm, sẽ có lúc mà máy tính bắt đầu suy nghĩ cho chính bản thân nó. Điều gì xảy ra tiếp theo là không rõ ràng và đây đã là một trong những chủ đề gây nhiều tranh cãi từ thuở bình minh của máy tính. Một khi máy tính có khả năng vượt lên năng lực tư duy của con người, viễn cảnh mà máy móc chiếm quyền kiểm quyền soát và điều khiển là đáng lo ngại.

Phá vỡ những giới hạn

Tuy nhiên nhiều người cũng cho rằng chúng ta sẽ không bao giờ có thể đạt tới điểm kỳ dị. Sự phức tạp của bộ não lớn hơn khả năng bắt chước cấu trúc của máy tính hay nói cách khác, máy tính không bao giờ có thể tự ý thức. Định luật Moore sẽ sớm bị phá vỡ hoặc chậm lại bởi lý do được đưa ra là các kỹ sư đang đạt tới giới hạn nguyên tử và không thể thu nhỏ bóng bán dẫn hơn nữa. Khi đó, các bóng bán dẫn có thể xuất hiện các trạng thái bất thường giữa “0” và “1” làm cho mạch hoạt động giảm mức tin cậy. Một vấn đề khác là nhiệt được tỏa ra khi có quá nhiều bóng bán dẫn chen chúc trên một tấm sillicon duy nhất.

Rõ ràng máy tính có thể thực hiện các hoạt động riêng lẻ ở tốc độ và cường độ nhanh hơn con người nhưng bộ não của chúng ta vượt trội ở khả năng xử lý song song hay thực hiện nhiều hành động cùng một lúc. Từ đây, các kỹ sư đã bắt đầu thúc đẩy khả năng tính toán bằng cách xây dựng các bộ xử lý đa lõi hoặc cho phép hệ thống chip thực hiện tính toán song song. Đây được coi là giải pháp để khắc phục vấn đề quá nhiệt bởi nó có thể làm giảm xung nhịp đồng hồ. Thay vì cố gắng tăng xung nhịp đồng hồ và chạy mọi bóng bán đẫn ở tốc độ cao hơn, chúng ta có thể thực hiện các tác vụ song song và giảm xung nhịp đồng hồ trên các chip.

Và sau đó là sự xuất hiện của máy tính lượng tử mà trong đó cố gắng khai thác sự không ổn định của các trạng thái lượng tử để thực hiện các tính toán cực kỳ phức tạp so với các máy tính ngày nay. Trong khi máy tính thông thường lưu trữ thông tin trong các bit, máy tính lượng tử lưu trữ trong các qubit (quantum bit) mà có thể có nhiều hơn một trạng thái tại một thời điểm. Nếu chúng ta có thể khai thác triệt để đặc tính này, định luật Moore có thể tiếp tục được giữ thêm một thời gian nữa. Nhưng là bao nhiêu năm, đó vẫn là một câu hỏi khó có thể trả lời. Nhất là khi công nghệ vẫn không ngừng phát triển và người ta vẫn tiếp tục tìm kiếm các giải pháp nâng cao khả năng hoạt động của máy tính. Đó có thể là các con chip 3D, gồm các lớp chip được xếp chồng lên nhau nhằm tiết kiệm diện tích, giảm tiêu thụ điện năng và cải thiện băng thông ở tốc độ cao. Hay thay vì sử dụng chất liệu silicon, graphene sẽ được sử dụng để chế tạo bán dẫn với độ dày chỉ là 1/10 triệu mm giúp mạch điển nhỏ hơn và chạy ổn định hơn dùng silicon. Những thách thức đặt ra là không nhỏ, từ chi phí, công nghệ chế tạo hay vấn đề tản nhiệt – tất cả đang được nỗ lực để khắc phục nhằm tạo ra một giải pháp lâu dài sau khi kỷ nguyên chip silicon chấm dứt.

Cho tới bây giờ, lịch sử nhân loại đã trải qua những làn sóng lớn trong khoa học: đầu tiên là máy hơi nước và xe lửa, tiếp đó là điện và ô tô, thứ ba là nền công nghệ cao. Làn sóng thứ tư được cho là sẽ kết hợp giữa viễn thông, máy tính, sinh học, trí tuệ nhân tạo, công nghệ nano và thời đại lượng tử, theo lời nhà vật lý học và tương lai học Michio Kaku.

Hoàng Anh
Tin học & Đời sống 166 –Tháng 10.2012