第六代计算机——生物计算机 [复制链接]

第7版(国际)
专栏：

第六代计算机——生物计算机
赵兰慧　邓鼎年
目前，由于微电子技术发展很快，作为计算机核心元件的集成电路的制造工艺已达理论极限。集成电路多以硅为材料。在硅片上用传统的工艺所达到的集成度为每平方毫米十几万到几十万个元件，但是难以超过百万元件。即使集成度的提高，电路密集引起的散热的问题也难以解决，在处理一些复杂的科学问题所遇到的大量数据时，计算机的运算速度和能力仍不能满足要求。因此，本世纪八十年代以来，美国、日本和苏联等国的科学家在着手研制第五代计算机——人工智能计算机的同时，也开始研制第六代计算机——生物计算机。
早在本世纪七十年代，就有人发现，脱氧核糖核酸处于不同状态时可代表有信息和无信息。这些现象激起了科学家去研制生物电子元件的灵感。后来，一些简单的生物元件，如生物开关元件、生物记忆元件和离子灵敏器等相继问世。如今，随着微电子技术和生物工程这两种高技术的互相渗透，为研制生物计算机提供了可能，并由此产生了一门崭新的学科——生物电子学。
生物计算机的主要原材料是借助生物工程技术（特别是蛋白质工程）生产的蛋白质分子，以它作为生物集成电路——生物芯片。在生物芯片中，信息以波的形式传播。当波沿着蛋白质分子链传播时，会引起蛋白质分子链中单键、双键结构顺序的改变。因此，当一列波传播到分子链的某一部位时，它们就象硅集成电路中的载流子那样传递信息。由于蛋白质分子比硅芯片上的电子元件要小得多，彼此相距甚近，所以生物元件可小到几十亿分之一米，元件的密集度可达每平方厘米1015至1016个，甚至1018个门电路，再加上生物芯片具有天然的立体化结构，其密度比平面型的硅集成电路高三至五个数量级。这就意味生物计算机完成一项运算，时间仅为目前集成电路的万分之一。更可贵的是，由于生物芯片的原料是蛋白质分子，使得生物计算机既有自我修复的功能，又直接可与生物活机结合。
同时，生物芯片具有发热小，功耗低，电路间无信号干扰等优点。现在，有些科学家把数千台微型计算机联结起来，借以获取高速度，称为“并行处理”，而生物芯片本身就具有并行处理的功能。
所以，一九八三年美国公布了研制生物计算机的设想之后，激起了发达国家的研制热潮。当前，美国、日本、联邦德国和苏联的科学家正在积极开展生物芯片的开发研究。从一九八四年开始，日本每年用于生物计算机的科研投资为八十亿日元。一九八五年，日本通产省已将生物计算机的研制列为国家重点开发计划。一九八五年，美国和日本等国都研制成功以蛋白质为材料的生物元件。
目前，生物芯片仍处研制阶段，但在生物元件，特别是生物传感器的研制方面已取得了不少的实际成果。这些都促使计算机、电子工程和生物工程这三个学科的专家通力合作，加快研究开发生物芯片。
人们对生物计算机将登上二十一世纪科技舞台抱有很大的希望，从而对未来世界产生不可估量的影响。