最近美國三所大學的研究人員開發(fā)出一款光子芯片， 它可以用光來傳輸數(shù)據(jù),，速度比過去的芯片大幅提升,，能耗也大大減少,。研究者宣稱這是第一款成熟的、用光傳輸數(shù)據(jù)的處理器,。芯片每平方毫米處理數(shù)據(jù)的速度達到300Gbps,，比現(xiàn)有的標準處理器快10倍甚至50倍。研究人員用7000萬個晶體管和850個光子元件(用來發(fā)送和接收光)組成2個處理器內(nèi)核,，整個芯片只有3 X 6毫米大,。
第一款光子處理器
在 20世紀40年代時，電腦和房間一樣大,，今天的電腦與那時的電腦已經(jīng)有了很大的不同,，但它們傳輸數(shù)據(jù)的方式是一樣的，都是在金屬線中傳遞電子信號,。 英特爾和IBM等芯片企業(yè)都已經(jīng)在研究硅光子(Silicon Photonics),，但至今無法真正用在商業(yè)上。美國科羅拉多大學Berkeley校 區(qū),、麻省理工學院,、科羅拉多大學Boulder校區(qū)的研究人員開發(fā)出第一款光子芯片是重大的突破，他們預(yù)測最早到2017年就可以測試商用版本的光處理器。
在今天的電腦和智能手機中,，電信號在金屬線中傳輸,，它將處理器、內(nèi)存,、網(wǎng)絡(luò),、存儲設(shè)備、USB接口等連接起來,。在國家與國家之間則用光纖連接,。光纖可以傳輸海量數(shù)據(jù)，但它的造價太貴,。
美國大學的研究人員希望能改變這一切,，他們將電子組件直接安裝在芯片中，并用來傳送和接受光信號,。他們的研究成果刊發(fā)在周二的《自然》雜志上,。芯片制造設(shè)備和硅元件都可以用這種方法生產(chǎn)，如此一來,，光芯片就可以輕易普及到計算基礎(chǔ)設(shè)施之中,。
研 究人員已經(jīng)在室驗室制作出原型產(chǎn)品，如果產(chǎn)品可以走向市場,，消費者將大大受益,。數(shù)據(jù)中心內(nèi)安裝成千上萬的服務(wù)器，硅光子技術(shù)可以提升運算速度;在個人電腦和智能手機上,，硅光子可以打破性能瓶頸,，同時又不犧牲電池續(xù)航時間。今天的計算產(chǎn)業(yè)普遍面臨一個問題：無法讓芯片運算得更快,，硅光子卻沒有這樣的 困擾,，它 不需要芯片運算得更快。相反,，研究人員會讓硅芯片一直輸送數(shù)據(jù)且不會閑置,，從而有效提升整體性能。
負責芯片開發(fā)的副教授 Vladimir Stojanovic說,，開發(fā)出第一款能在外部世界通信的光芯片是重大突破,，至于商業(yè)化，最大的挑戰(zhàn)在于找到廉價的方法封裝芯片,。他認為,，出于成本考慮， 光芯片技術(shù)最先會用在數(shù)據(jù)中心中,，然后才能進入到小設(shè)備,。Stojanovic還說：“我們預(yù)計封裝芯片最先會進入數(shù)據(jù)中心,，然后它 會變得足夠便宜，最終 在手機和PC中普及,?！?/p>
研究人員的構(gòu)想并非是純粹的創(chuàng)意，已經(jīng)有兩家創(chuàng)業(yè)公司參與到光芯片的商業(yè)化運動之中,。一家是Ayar Labs,，它希望將光子互連技術(shù)商品化，還有一家是SiFive,，它們希望在免費的RISC-V芯片設(shè)計方案上建立新業(yè)務(wù),。
在不久的將來，Stojanovic預(yù)計光子將可以連接電腦內(nèi)的獨立芯片,，將一顆芯片與另一顆芯片相連,。除此之外，硅光子技術(shù)還可以改進激光雷達的性能,，無人駕駛汽車的激光傳感器,、腦顯像和環(huán)境傳感器的性能都會大大提升。
硅 光子有望重新改寫歷史,，徹底改變電腦組合的方式,。電信號傳輸受到了線纜長度的制約，例如,，當標準USB連接的傳輸速度提高10倍時，最大線纜長度從16英尺降到了10英氣,。光連接卻不會出現(xiàn)這樣的問題,，它的速度更快，信號不會衰減,，美國大學展示的原型芯片是用10米的光連接的,，它可以輕易擴展到千 米。
有了硅光子芯片,，數(shù)據(jù)中心的電腦不必浪費時間等待另一臺電腦的響應(yīng),。Stojanovic說：“我們的光解決方案可以讓處理器更快接入網(wǎng)絡(luò)?！?/p>
電信號通過金屬線傳輸,，光連接只需要小小的能量就行了，芯片自己就能供應(yīng)能量,，這樣可以節(jié)省電的成本,，也不會存在電子元件過熱的問題。
原型芯片是用不常見的材料制作的,，它將硅和鍺結(jié)合,，制造過程很困難,，成本也很高。但最近一段時間,，研究人員取得了進步,，他們改良了硅光子技術(shù)，在芯片中使用了更多的硅材料,。