港大學者研晶片提升能源效率

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獲 裘 槎 前 瞻 性 科 研 大 獎 的 港 大 學 者 蘇 國 希 （ 左 ） 與 姚 望 （ 右 ） ， 二 人 的 研 究 不 約 而 同 地 與 訊 息 科 技 有 關 。

　　互聯網發展一日千里，電腦需求隨之增加，與此同時能源消耗亦急速增長。獲裘槎前瞻性科研大獎的香港大學電機電子工程系助理教授蘇國希，將「現場可編程輯閘陣列晶片（field programmable gate array，FPGA）」融入電腦系統內，作為可重新配置設計的運算系統。通過改變運算模式，大幅提升電腦訊息處理的能源效益。目前集中研究大數據處理、超聲波及生物影像應用的他期望，最快三至五年內提升系統的能源效率十至一百倍，並將FPGA進一步普及化。

　　中七以尖子成績負笈美國加利福尼亞大學伯克萊分校，入讀電子工程與電腦科學的蘇國希，取得該校的學士、碩士及博士學位後，○七年加入香港大學電機電子工程系，多年來一直研究如何設計異構可重構電腦系統及其在醫學影響系統和數據分析上的應用，一一及一二年分別獲頒港大工程學院最佳教師獎及傑出教學獎（團隊）。

　　他表示，隨電腦及互聯網的升能提高，需要的能源耗算增加，但系統的穩定性同時減低，「國際間電腦處理訊息所需的能源，佔總能源消耗，由○七年的百分之三，急升至去年的一成。」他又直言，要提升電腦系統的表現並維持同等的能源消耗是最難的挑戰，但正因為挑戰性高及看到未來的前景，對這方面的研究深感興趣。

　　蘇的研究主要是利用FPGA融入大型電腦內，變成可重新配置的運算系統，系統能因應程式的需要自動配置硬件設計。

　　由於硬件上作出重大改變，簡化處理複雜數據的程序，毋須耗用大量能源，預計三至五年內可以十倍至一百倍計提升系統的能源效率。「近年有不同學者研究將系統用於基因排序、金融市場買賣等，而我的研究集中在能源效能、大數據處理及生物影響等方面，目前開始踏入技術成熟的階段。」

　　至於成本方面，他坦言，FPGA比一般電腦晶片貴五至六倍，每塊需一至兩萬元，「但相信隨FPGA普及，在市場逐步擴大後，成本有望下降。」對於今次獲頒裘槎前瞻性科研大獎，及五百萬元科研基金，他表示將用作擴大研究團隊的人數，「目前只有四人，短期內至少請多二至三人。」

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取代電荷　電子自旋增訊息處理

　　隨計算機的單位元件的尺寸愈來愈小，作為訊息處理原理的經典物理學變得不再適用。獲裘槎前瞻性科研大獎的香港大學物理學系助理教授姚望，近年與團隊探索利用電子的自旋特性等內部自由度，取代電荷作為訊息載體，提升訊息處理的速度和令電子器件更節能。他又積極探索量子計算技術，假如成真，任何基於現有加密系統的國防電腦將可在瞬間被攻破。

　　踏入二十一世紀，電腦、手機、平板電腦盛行，而它們的單位元件的尺寸變得愈來愈小，達到納米的尺寸。從事量子物理學研究多年的姚望表示，現時的訊息處理基於經典物理學的電荷流動，以數目字「零」為無電荷，「一」為有電荷來表達，但由於電子之間有互相排斥的作用，要保持訊息狀態需要注入能量，亦因此為機器和系統帶來耗算。「按照摩爾定律，預計現有的訊息技術無法突破元件發熱及消耗性的樽頸，需要尋找新的訊息載體及探索量子原理的訊息處理方法。」

　　姚望指，電子本身的自轉方向（又稱自旋）能作為訊息載體，「我們的團隊積極利用電子的內部自由度如自旋，取代電荷作為訊息載體，同時在新興的二維新材料中發現如能谷贗自旋的系列物理現象，令電子內部自由度具備了作為訊息載體的必要條件，最終能提升訊息處理的速度及令電子器件更節能。」

　　此外，團隊又積極探索量子計算技術，姚望表示，量子計算機將來能應用於多個範疇，如通過模擬發現新材料、更準確預測天氣等，「如果實現了量子計算技術，任何基於現有的加密系統的國防電腦都可在瞬間被攻破，所以同樣道理，國防通訊加密要加入量子原理。」不過他坦言，現時的科技距離實現量子計算機仍很遙遠，物理和技術上的突破很難準確預測。