半导体业何去何从（下）

科学家对于利用生化分子来作为运算的开关元件构想其来已久。主要理由在于，许多生化分子具有可移动性与不同“姿态”的变化。举例来说，在许多海中鱼类和包括人类在内高等脊椎动物的视网膜杆细胞中，有一种称为视网膜色素或称视紫红质的生化分子，它是一种对光线相当敏感的深红色色素。这种分子的姿态会随着受到不同光线刺激而改变。
例如，受红光刺激时，视网膜色素分子便由橄榄状的椭圆姿态，变为两端弯曲的腰果状。只要这些不同的姿态是稳定的，那么便可指定腰果状时候代表“１”，橄榄状的姿态为“０”，并藉由光束来改变“０”或“１”，同样可作为运算的元件。差别只是，半导体晶片是以元件当时电压状态的高低来代表０或１、开或关，并以电流脉冲来改变状态。相较下，生化分子做成的晶片是以光来运作，反应速度更快、更省电，不会有发热的问题，更重要的是元件的体积更小。据估计，视网膜色素生化分子晶片体积比现有半导体晶片缩小至少５０倍，运算速度提高１００倍以上。生化晶片有超大容量
美国纽约州立先进运算研究中心的研究小组最近发表研究成果指出，研究人员已经成功开发出一种以色素蛋白质为主的生化分子晶片，具有三维空间的信息储存能力，透过激光光源可以轻易将资料输入或读出。这个研究小组所采用的基本材料也是细菌细胞膜的视紫红质，正常状况下视紫红质分子呈橄榄球状姿态，可视为“０”，经过红光照射，分子两端卷起成腰果状，可视为“１”。这种色素分子的优点是，在“１”的状态可保持相当稳定，如果没有外来干扰，甚至可以维持两年以上，但只要以蓝色光照射，又可以立即恢复为“０”的原始状态。
和现有以半导体技术为基础的动态随机存取存储器比起来，这种生化分子最大的好处是省电，而且转换延迟时间非常短、反应迅速。例如，现有的ＤＲＡＭ必须对每一位元持续不断地充电，以补偿电力自然漏失，结果也等于浪费电力。另外，在传统ＤＲＡＭ上，元件在０与１之间转换过程中，必须有一段缓冲时间，结果也造成资料处理速度上的延迟。
美国半导体协会所做的预测认为，大概在本世纪最后或下世纪初，生化分子晶片将有机会开始商业化，可能将先用来做为超大容量的资料储存装置，配合更先进的半导体微处理机和周边相关设备，构成下一代混合式的高性能计算机系统。半导体协会乐观认为，这种传统半导体晶片与未来式生化晶片将以混合并用的方式，开启生化分子与光学运算的新领域。（下）