中文摘要: 计算机是人类步入信息时代的重要标志，也是支撑信息技术的关键支点。20世纪60年代以来，人类在电子计算机领域取得了无与伦比的成就，然而，目前计算机的发展遇到了速率和功耗两大瓶颈，进而衍生出阻碍电子计算机性能提升的3个技术壁垒:功耗墙、访存墙与I/O墙。制约高性能计算发展的最大技术障碍即为能耗，按现有技术发展，E级系统功耗将达到466.7 MW，全年用电量40.88亿千瓦时，相当于三峡水电站2014年总发电量的1/20。除此之外，当前处理器与内存之间（访存）、处理器与处理器之间（I/O）信息交互的速度严重滞后于处理器的计算速度，访存与I/O瓶颈导致处理器计算性能只能发挥现有的10%，这对计算发展形成了极大的制约。受电子自身物理极限的制约，传统减小芯片特征尺寸不能解决，甚至会恶化以上问题。