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晶片的前途

科景_96
・2011/02/07 ・862字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 565 ・九年級

Original publish date:Sep 24, 2001

編輯 Fish 報導

喬治亞理工學院的研究人員預測矽基晶片仍有很大的發展空間。

根據James Meindl 等人的計算,在2011年左右,一個晶片所能承載的電晶體數目將是目前的千倍。此種晶片即所謂的兆級積體電路(TSI, Terascale integration circuits) 。屆時電腦的運算速度及功能和今日電腦的差別,就好像現今的機器和80年代初期笨拙的微電腦的差距那樣大。

為能在晶片上容納更多的電晶體,TSI所須的元件將遠小於現今的標準。舉個例來說,在元件中用以絕緣的二氧化矽薄膜,其寬度必須小於一奈米。而元件中其它部份的寬度也都不超過10 奈米。然而就目前刻製矽基電路的方法,既便是十倍於上述的標準,都已是件不容易的事。因此,TSI需要一些新的製造技術。儘管技術層面的挑戰將十分艱巨,Meindl等人認為TSI並不違反基礎物理或是材料科學的規則。

他們評估了物理、材料及電路組織(circuit architecture)對晶片容量的限制。比如說,量子力學中的不確定原理(uncertainty principle) 限制了元件在開與關兩個狀態間轉換的速度。信號傳遞的快慢則受到了光速的限制。從材料學的角度,為了確保電晶體的矽極與外界絕緣,元件的厚度會有個底限。再者,如何有效地將其它原子準確地滲入非常小的矽材內也是個大問題。這些原子和矽的電性習習相關。倘若它們在小尺度下分佈不均勻,元件可能會出毛病。設計電路時則得考慮組件之間的干擾(crosstalk),特別在組件彼此非常相近時。由於每一元件均會生熱,高密度元件組還會有因過熱而被溶掉的風險。

正是基於上述考慮,有些人擔心矽材已無前途,而未來電腦必須採用全新的材料和架構。Meindl和他的同事則減輕了這項疑慮。

原始論文﹕Meindl, J. D., Chen, Q. & Davis, J. A. Limits on silicon nanoelectronics for terascale integration. Science, 293, 2044 – 2049, (2001).

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

 

 


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控制進食時間與熱量,小鼠可以更長命?

台灣科技媒體中心_96
・2022/05/22 ・2156字 ・閱讀時間約 4 分鐘

目前越來越多動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

圖/envato elements

控制吃飯時間,可以延長壽命?

美國德克薩斯大學西南醫學中心的小彼得.奧唐納腦研究所 (Peter O’donnell Jr. Brain Institute) 研究團隊,今(2022)年 5 月 5 日在國際期刊《科學》(Science)公開研究論文,使用小鼠為實驗對象,研究進食熱量與進食時間,與小鼠壽命之間的關係。

團隊先讓小鼠自由的取食飼料 6 週後,再分成 5 個不同組別,分別是:

  1. 只能在日間每隔 90 分鐘進食、
  2. 只能在晚間每隔 90 分鐘進食、
  3. 只能在日間開始兩小時內進食、
  4. 只能在晚間開始兩小時內進食、
  5. 全天內每隔 160 分鐘允許進食。

這 5 組小鼠被限制攝取的熱量相同,實驗過後,再和完全自由取食且沒有限制熱量攝取的小鼠比較。

研究結果顯示,與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長,其中第 2.4 組(只能在晚間每隔 90 分鐘進食,以及只能在晚間開始兩小時內進食)延長壽命的效果最好,平均可延長 35% 壽命;而只能在日間進食的兩組小鼠,平均可延長20%壽命。

與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長。示意圖/envato elements

研究也觀察到其它有趣結論:

  • 隨著年齡增長,五組小鼠的體重,都比自由進食的小鼠更輕,且在非主要活動的時間(白天)進食的小鼠,白天的活動變多了。
  • 在完全自由取食的小鼠肝臟中,原本與老化相關的基因表現隨年齡增長而改變,有些基因表現降低,有些增加,且基因表現的晝夜節律性也隨老化而降低。但在只能晚間進食的兩組小鼠身上,這些因老化而造成的改變較少。

作者根據研究結果指出,僅僅限制熱量攝取而不在特定時間禁食,可以延長小鼠的壽命,禁食可以對延長壽命效果有加分的作用,而不是主要造成效果的原因。

研究凸顯了「晝夜節律」的重要性

國立陽明交通大學生化暨分子生物研究所教授 許翺麟 表示,目前越來越多,動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

特定時段禁食,有可能比限制總熱量更能延緩老化。圖/envato elements

過去研究飲食中,熱量限制對老化與壽命的影響時,常常無法分辨原因到底是因為「總卡路里攝取較少」還是「固定且有規律的長時間禁食」。最近幾年,科學家開始針對此一問題進行更深入的研究。

去年一項使用小鼠的研究顯示,限制飲食的熱量可延緩老化的效果,可能大部分來自於長時間且有規律的禁食[1]。此外,另一項在果蠅的研究中也指出,不但是要有規律的禁食,何時禁食也同樣重要。最有效延緩老化的方式,要與動物本身的生理時鐘配合,在本來就比較少進食的時候進行禁食[2]

  • 編註:小鼠是夜行性動物,上述文字中的「日間」指的是白天光線照射,對小鼠而言是休息和睡眠的時段,「晚間」沒有光照,才是小鼠活動和主要進食的時段。

這次的研究中更進一步證實,單純只是限制總熱量攝取,只能提供很少的延長壽命效果,反而熱量限制並配合生理時鐘進行間歇性禁食的效果最好。小鼠是夜行性動物,日間禁食對延長壽命的效果,遠比夜間禁食的效果更加顯著,至於每日禁食 12 小時或 22 小時則差異不大。此外本研究也顯示,調控生理時鐘的基因在調控老化上的重要性。

配合生理時鐘進食很重要。圖/envato elements

人類比照辦理也會有用嗎?

許翺麟教授 說明,本研究最大的限制來自於其僅用單一品系、單一性別的小鼠來進行研究。從過去其他研究已知,飲食限制對不同品系與不同性別的動物,效果不盡相同。因此本研究雖然頗具參考價值,但是能否推論到其他品系的小鼠,甚至其他物種與人類,仍有待未來更多研究來支持。

雖說人類遠比實驗動物複雜,會影響老化的因素也不僅止於飲食,然而維持平衡且有規律的飲食習慣,加上適當的限制進食時間,也許是一種相對可行,且有效促進健康老化的方式。也期待未來更多相關研究,能協助我們進一步釐清這些結果在人類中是否相同。

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