最近美國(guó)三所大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一款光子芯片， 它可以用光來(lái)傳輸數(shù)據(jù),，速度比過(guò)去的芯片大幅提升,，能耗也大大減少,。研究者宣稱(chēng)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(dá)到300Gbps,，比現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)處理器快10倍甚至50倍。研究人員用7000萬(wàn)個(gè)晶體管和850個(gè)光子元件(用來(lái)發(fā)送和接收光)組成2個(gè)處理器內(nèi)核,，整個(gè)芯片只有3 X 6毫米大,。

　　 第一款光子處理器

　 　在 20世紀(jì)40年代時(shí)，電腦和房間一樣大,，今天的電腦與那時(shí)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(hào),。 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(wú)法真正用在商業(yè)上。美國(guó)科羅拉多大學(xué)Berkeley校 區(qū),、麻省理工學(xué)院,、科羅拉多大學(xué)Boulder校區(qū)的研究人員開(kāi)發(fā)出第一款光子芯片是重大的突破，他們預(yù)測(cè)最早到2017年就可以測(cè)試商用版本的光處理器,。

　　在今天的電腦和智能手機(jī)中,，電信號(hào)在金屬線中傳輸，它將處理器,、內(nèi)存,、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)設(shè)備,、USB接口等連接起來(lái),。在國(guó)家與國(guó)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(jià)太貴。

　　美國(guó)大學(xué)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(lái)傳送和接受光信號(hào),。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(lái),，光芯片就可以輕易普及到計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施之中。

　 　研 究人員已經(jīng)在室驗(yàn)室制作出原型產(chǎn)品,，如果產(chǎn)品可以走向市場(chǎng),，消費(fèi)者將大大受益。數(shù)據(jù)中心內(nèi)安裝成千上萬(wàn)的服務(wù)器,，硅光子技術(shù)可以提升運(yùn)算速度;在個(gè)人電腦和智能手機(jī)上,，硅光子可以打破性能瓶頸，同時(shí)又不犧牲電池續(xù)航時(shí)間,。今天的計(jì)算產(chǎn)業(yè)普遍面臨一個(gè)問(wèn)題：無(wú)法讓芯片運(yùn)算得更快,，硅光子卻沒(méi)有這樣的 困擾，它 不需要芯片運(yùn)算得更快,。相反,，研究人員會(huì)讓硅芯片一直輸送數(shù)據(jù)且不會(huì)閑置，從而有效提升整體性能,。

　　負(fù)責(zé)芯片開(kāi)發(fā)的副教授 Vladimir Stojanovic說(shuō),，開(kāi)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(jià)的方法封裝芯片,。他認(rèn)為，出于成本考慮,， 光芯片技術(shù)最先會(huì)用在數(shù)據(jù)中心中,，然后才能進(jìn)入到小設(shè)備。Stojanovic還說(shuō)：“我們預(yù)計(jì)封裝芯片最先會(huì)進(jìn)入數(shù)據(jù)中心,，然后它 會(huì)變得足夠便宜,，最終 在手機(jī)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(yùn)動(dòng)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(fèi)的RISC-V芯片設(shè)計(jì)方案上建立新業(yè)務(wù),。

　　在不久的將來(lái),，Stojanovic預(yù)計(jì)光子將可以連接電腦內(nèi)的獨(dú)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(jìn)激光雷達(dá)的性能,，無(wú)人駕駛汽車(chē)的激光傳感器、腦顯像和環(huán)境傳感器的性能都會(huì)大大提升,。

　 　硅 光子有望重新改寫(xiě)歷史,，徹底改變電腦組合的方式。電信號(hào)傳輸受到了線纜長(zhǎng)度的制約,，例如,，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)USB連接的傳輸速度提高10倍時(shí)，最大線纜長(zhǎng)度從16英尺降到了10英氣,。光連接卻不會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題,，它的速度更快，信號(hào)不會(huì)衰減,，美國(guó)大學(xué)展示的原型芯片是用10米的光連接的,，它可以輕易擴(kuò)展到千 米。

　　有了硅光子芯片,，數(shù)據(jù)中心的電腦不必浪費(fèi)時(shí)間等待另一臺(tái)電腦的響應(yīng),。Stojanovic說(shuō)：“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(hào)通過(guò)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(huì)存在電子元件過(guò)熱的問(wèn)題。

　　原型芯片是用不常見(jiàn)的材料制作的,，它將硅和鍺結(jié)合,，制造過(guò)程很困難，成本也很高,。但最近一段時(shí)間,，研究人員取得了進(jìn)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,。