面向未来的电子新技术

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2005中国工业以太网论坛将于10月

18~19日在上海举行，敬请关注！

作者：徐 阳

文献标识码：B 文章编号：1003－0492(2005)03－0075－02 中图分类号：TP3

面向未来的电子新技术

New Electronic Techniques in the Future

（中船重工集团公司第710研究所， 湖北 宜昌 443003） 徐

阳

摘要：介绍了一些将会影响人类生活方式的面向未来的电子新技术，其中包括塑料太阳能电池技术、家庭机械电子工厂技术、海量存储技术、微芯片技术及软件无线电技术。 关键词：新技术；电子；未来

Abstract: Some high and new electronic techniques which can affect people’s life style are described in this paper, including the techniques of plastic solar battery, familymechatronics, mass storage facility, microchip, softwareradio. Key words: New technique; Electron; Future

众所周知，现代科学技术的发展异常迅速，并在不断改变着人类的生活和生存方式。专家预言，以下一些面向未来的电子新技术将影响着人们的未来世界和生活。

1 塑料太阳能电池技术

随着现代世界能源的日益紧张，许多国家都在致力于研究太阳能的开发和利用技术。在一些城市的街头已经能够看见一些由太阳能电池供电的设施。经过数十年的研究开发，这些以硅为材料的太阳能电池的制造成本仍然昂贵，不易安装，光电转换效率也低，大约只有12~15％（现在世界上最好的单晶硅光电转换效率大约是30％左右），发1度电的成本大约是22美分，远比烧煤的火力发电厂4美分1度电的成本要高。

令人高兴的是下一代太阳能电池可能最终使太阳能发电具有竞争力。新型太阳能电池是把光生伏打电池嵌入塑料薄膜的表面，制成太阳能发电薄膜。这种太阳能发电薄膜廉价、转换效率高，可以有多种用途。在美国马萨诸塞州有个Konarka 技术公司，这家公司已经开发出一种工艺，这种新工艺能够把二氧化钛及一种吸收光的染料涂覆在塑料薄膜的表面，染料分子吸收的光子激发二氧化钛的电子从而发电。Konarka 公司期望今年年底能够将其第一种商品化的新型太阳能电池推向市场，这种新型太阳能电池将主要应用于消费电子设备如笔记本电脑。

一些大公司也关注新型太阳能电池技术。西门子开发的

收稿日期：2005－01－13

作者简介：徐阳（1964－），男，工程师，现就职于中船重工集团第710研究所情报室，从事计算机情报检索、情报课题研究、科技英语翻译、期刊杂志编辑工作；在国内各大报刊上发表过文章多篇，与人合著有《信息社会学》、《信息资源学》等，现为湖北省宜昌市作家协会会员，《水雷战与舰船防护》杂志编辑。

一种新技术是把一种纳米级的碳60分子同导电的聚合物熔融在一起制成塑料太阳能电池；而美国通用电气公司则是利用一种有机发光二极管作为吸光材料来制造塑料太阳能电池。

采用塑料太阳能电池，实际上能够使许多材料具有发电能力。例如，塑料太阳能电池可以嵌入手提电脑的箱壁，可以随时在光照条件下对电脑充电；也可以装在电动汽车车身，为电动机供电；房屋的屋顶更可以覆盖塑料太阳能电池，以供应日常用电。

2 家庭机械电子工厂技术

专家预言，未来的家庭机械电子工厂可能让消费者能够拥有他们所需要的更多样化的产品。未来的家庭电子工厂实际上是采用现在喷墨打印技术的装置。美国康奈尔大学、麻省理工学院、加州大学伯克莱分校的研究人员正在悄悄地开发一种工艺，利用喷墨打印技术生产机械电子产品。当然，真正制造产品的过程还需要已有的电路、开关以及其它可拆卸零部件。

比如家里的电视机遥控器坏了，就可以利用这样的家庭机械电子工厂自制一个：从互联网上下载数字化电路图，用家庭机械电子“打印”机打印出所需的电路板，打印“墨盒”里装的是聚合物及其它材料，每打印一次完成电路板的一层。正在这一领域中开展研究的加州大学伯克莱分校教授约翰坎尼指出，用户只需为数字化电路图及所用材料付款，而不需为产品本身付款。

虽然科学家们把这样的家庭机械电子工厂戏称为“圣诞老人机器”，这种装置的潜力却不能小看。塑料逻辑（PlasticLogic ）是伦敦的一家公司，顾名思义这家公司是用塑料来制造电子器件，该公司期望能用这种技术制造计算机显示器；美国航天航空署的工程师们则设想在宇航员飞往火星途中用这样的装置制造备用的零部件。

家庭机械电子工厂的英文名字叫mechatronics ，意即“机械电子”。然而能够应用这种装置的家庭的人口素质必定是很高的，因为用户必须知道到哪里去下载什么样的数字化设计图，制造有关电子产品还要有相关的零部件。这是一种令人叹为观止的DIY 。这种装置的问世也表明，在电子产品制造业，设计与制造的分离是一个趋势。用家庭机械电子工厂固

然可以“打印”出自己需要的产品，不过前提是这种产品的

设计是现成的。当然也可以自行设计，那就必须会用专业设

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2005年9月出版《新型仪器与智能仪表》文集，欢迎投稿！

计软件，还要有机械电子领域的专业知识。所以未来多数家庭会利用现成的设计。

3 万亿字节存储技术

人们都知道半导体业有一个摩尔定律：芯片性能每18个月翻一番。过去6年中，存储技术的发展超过了摩尔定律，硬盘存储容量每年都要翻一番。5年前，绝大多数计算机用户不可能用250G 容量的硬盘，现在这样的硬盘售价只有250美元。数字音乐及数字影像技术的流行表明消费电子产品对于大容量存储技术的需求保持上升态势。预计消费类存储产品销售额将从2003年的14亿美元增长到2008年的43亿美元。东芝公司负责硬盘制造的经理艾米说：“谁会嫌自己家的橱柜多呢？硬盘容量也类似，你永远不会够用。”不过最近存储技术的发展速度慢下来了，硬盘存储容量年增长40

％，这是因为现有技术已经走到尽头。

现在的硬盘磁头读写数据的方式是水平的，下一代硬盘磁头读写数据方式是垂直的（PMR ）。这么说理解起来有一定难度。形象的比喻是水平读写数据犹如割倒的玉米杆躺在地里，而垂直读写数据如同没有收割的玉米挺立在地里。由于每比特数据占用磁盘空间较少，垂直读写数据方式能够在相同的磁盘空间存储更多的数据，而且由于数据排列紧密，磁头读写时移动距离要比水平读写方式小很多，所以耗能也少，在移动计算的情况下可以有效地延长电池使用时间。

PMR 硬盘将在不久后开始生产，投产初期的产品将主要用于高端的企业存储系统。不过人们可以想到，随着PMR 硬盘的体积缩小，存储容量增大，将很快进入消费电子产品市场。未来的手机、PDA 等移动终端都可能采用PMR 硬盘。而且一旦2GB （千兆字节）微型PMR 硬盘价格下降到80美元以下，PMR 硬盘将同现在的闪存产品展开市场竞争。据有关预测，两年内2GB 微硬盘价格可以降到100美元以下。音乐爱好者将可以购买拥有200GB 存储量的iPod （美国苹果公司生产的MP3音乐播放器）。到2010年，消费者甚至可以买到有1万亿字节存储量的移动媒体播放器，如此庞大的存储量可以装下迪斯尼所有的动画片，剩余空间还能装足够你听一个月的音乐。

4 超级宽带网中的微型光芯片技术

现在已经有50％的美国家庭通过宽带连接互联网。不过这种连接在最后一段的基础设施一般是已经落伍的同轴电缆或是电话线。光缆入户不是不可以，成本很高，每户成本大约1 300美元。

微型光芯片可以改变这种现状，采用微型光芯片可以大大降低光缆入户的成本，让家庭用户享受真正的超级宽带。微型光器件把光路以及通常是分离的光学元件集成在一个光芯片上，这又是一个改变电信业经济学的重大技术创新，电信业采用光芯片可以以很低的成本传输大量数据。

售价高达数万甚至数十万美元的光学元器件可能因为光芯片的采用而大大缩小体积，成本下降90％以上。

“微型光器件将把个人电脑业的经济学带到电信业

来。”Parama 网络公司的首席执行官HemantBheda 很肯定地说。该公司生产的价格5 000美元的光器件能够替代原来价格5万美元用于多路传输的光学设备。Infonetics 研究公司的霍华德先生指出：这是一种具有破坏性的技术。因为它的出现打破了电信业的现状。

第一种光芯片已经在Infinera 公司制造的高端传输系统中运行；而Parama 公司正在把它开发的光芯片出售给Movaz 网络公司，这是一家位于亚特兰大的设备制造商。到2010年，光芯片的市场可能达到数十亿美元的规模。今天消费者可能不会关注这一技术，但是10年后，在家里下载一部高清晰度电影就像是今天看体育频道一样普通，就几乎不可能对这一技术视而不见。

5 无线漫游的技术

无线通信领域是一个标准混乱的世界。手机通信、无线局域网、军用无线通信及公共安全无线网络各自在特定的频段工作，这一工作频率是相关硬件在工厂生产时就已经设定的。所以美国的CDMA 手机在欧洲不能用，而欧洲的许多GSM 手机在日本也没法用。这在平时只是麻烦而已。但是在某些紧急情况如911，消防队同警察居然无法通过无线通信设备联系，因为频率不同，设备不兼容。

为了解决这一问题，新兴企业Sa bridge 技术公司以及Vanu 等正在用软件替代相关硬件，从而能够与不同标准、不同工作频段的无线通信网络兼容。这种技术称为软件无线电（softwareradio ）。想要驾车横跨美国旅行而又希望始终保持无线上网的话，软件无线电能够利用所到之处的各种无线通信网来上网，不论这种无线通信网是过时的模拟蜂窝电话网还是最新的3G 无线网，或是时髦的WiFi 及Wi-Max 无线局域网。软件无线电论坛的阿兰说:“软件无线电解决了不同无线通信标准产生的互操作问题。”软件无线电论坛是一个工业组织，它联合Intel 、摩托罗拉、高通等100余家企业制订有关软件无线电的工业标准。软件无线电在技术上仍然存在问题：今天的软件无线电技术需要拥有强大处理能力的芯片，这类芯片功耗高，价格贵。不过五角大楼每年在采购通信技术方面要花150亿美元，防务通信市场对于软件无线电技术的需求已经增长了。GeneralDynamics 公司已经获得10亿美元的软件无线电订单，软件无线电技术将使美国陆军士兵、海军水手、空军飞行员能够在激烈战斗的时候保持无线通信。软件无线电技术进入消费市场还要再过一段时间。不过5年之内，软件无线电市场将有310亿美元之巨。到时候就可以买一个能够在各种不同标准无线通信网络工作的手机，从此无线漫游再无障碍。

软件无线电技术的崛起走的是从军用到民用的老路。无线通信中CDMA （码分多址）本来是军用卫星通信技术，后来用到民用移动通信，并因此出现了高通这样的企业。所以就是在今天，军用领域的需求仍然是推动技术发展的动力。