一種被稱為超立方體(hypercubes)的多維結(jié)構(gòu)，或許將成為未來納米計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。用如此微小零件制作的機(jī)器，將由量子特性來主宰，而不再是由我們?nèi)粘Ｋ熘牧Α?

　　美國奧克拉荷馬大學(xué)的薩繆爾?李和勞埃德?霍克解釋說，按照摩爾定律，微電子器件正持續(xù)變得更小、更快。集成電路和晶體管已達(dá)到納米尺度，不過它們?nèi)曰诤暧^尺度的物理特性運行著。真正的納米電子學(xué)不只是縮小了的微電子學(xué)，而是將由量子特性主宰的器件，因而需要新的架構(gòu)和新穎的結(jié)構(gòu)。

　　研究人員表示，相對于現(xiàn)今的微機(jī)，未來納米計算機(jī)的主要優(yōu)勢在于更高的電路密度、更低的耗電量、更快的運算速度以及更多并行與分布式計算的能力。

　　例如，現(xiàn)在的集成電路以電子連續(xù)流動的形式處理信息。然而，納米集成電路也許處理的是個別的電子，減少了尺度與耗電量。這樣的電路需要能計算單一電子的納米邏輯器件，以及擁有并行計算、可逆性、區(qū)域性的能力，外加一個三維的架構(gòu)。

　　為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，李和霍克研究了超立方體，研究人員認(rèn)為其將是納米計算機(jī)的要素。在即將發(fā)表在下期《IEEE計算機(jī)匯刊》上的研究報告中，研究人員提出了一種典型超立方體的變體，稱為“M-超立方體”，它能提供更高維度的布局以支持納米計算機(jī)中的三維集成電路。

　　M-超立方體具有類似于典型超立方體的結(jié)構(gòu)，基本上是一個從正方形延伸成立方體、再到越來越復(fù)雜的M維形狀。任意維度的M-超立方體由“節(jié)點”與“連接”所組成，“節(jié)點”扮演著門的作用，接收并讓電子通過，而“連接”的作用就如同電子沿著穿越的路徑。

　　研究人員表示，包括M-超立方體在內(nèi)的超立方體的獨特結(jié)構(gòu)，已被證明在并行運算和通信網(wǎng)絡(luò)中有效，并且提供了獨特的理想內(nèi)在結(jié)構(gòu)。這將能滿足未來納米計算系統(tǒng)的諸多需求，這些需求包括具有簡單且強(qiáng)健通信連接的大規(guī)模并行與分布式處理架構(gòu)。

　　與典型超立方體不同的是，M-超立方體包含兩種類型的節(jié)點：狀態(tài)節(jié)點，嵌入在M-超立方體的“接合點”上；傳輸節(jié)點，嵌入在狀態(tài)節(jié)點之間的連接中間。在某種設(shè)計安排中，研究人員將兩個狀態(tài)節(jié)點嵌入到每個接合點上，每一個代表一種單一狀態(tài)。每個節(jié)點能被打開或關(guān)閉，當(dāng)傳輸節(jié)點處于關(guān)閉狀態(tài)時，其有能力使立方體的某些部分與其他部分隔離開。

　　基于一次運算所需的狀態(tài)數(shù)量，M-超立方體可通過增加額外維度(包含更多節(jié)點)得以擴(kuò)展，反之亦可通過減少維度得以收縮。例如，如果只需要4種狀態(tài)，該邏輯結(jié)構(gòu)將會是一個具有4個狀態(tài)節(jié)點的2-D超立方體，也就是正方形。一般來說，超立方體中狀態(tài)節(jié)點的數(shù)目是2m，m是M-超立方體的維數(shù)。

　　研究人員解釋道，如果允許在M-超立方體節(jié)點間的通信連接不相互垂直的話，也許能在三維空間中構(gòu)建出維度大于3的M-超立方體。

　　邏輯運算需要許多狀態(tài)，研究人員提出了一種方法，可通過實質(zhì)上將超立方體分解成兩個以并行方式連結(jié)的較低維度的M-超立方體，來減少M-超立方體的維度。如果需要，這兩個M-超立方體本身也能夠被分解成較不復(fù)雜的M-超立方體，從而減少每種狀態(tài)所需要的狀態(tài)節(jié)點數(shù)。

　　在另一種設(shè)計安排中，研究人員將M-超立方體與N-超立方體結(jié)合，結(jié)果形成了一個所謂的“MN室”(MN-cell)。因其易變性，該器件就可作為一種基本結(jié)構(gòu)，用來設(shè)計具有任意尺寸與復(fù)雜性的連續(xù)邏輯門。