美光子芯片數據傳輸速度暴漲至300Gbps

　　最近美國三所大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一款光子芯片，它可以用光來(lái)傳輸數據，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 輸數據的處理器。芯片每平方毫米處理數據的速度達到300Gbps，比現有的標準處理器快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，但它們傳輸數據的方式是一樣的，都是在金屬線(xiàn)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(wú)法真正用在商業(yè)上。美國科羅拉多大學(xué)Berkeley校區、麻省理工學(xué)院、科羅拉多大學(xué)Boulder校區的研究人員開(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(xiàn)中傳輸，它將處理器、內存、網(wǎng)絡(luò )、存儲設備、USB接口等連接起來(lái)。在國家與國家之間則用光纖連接。光纖可以傳輸海量數據，但它的造價(jià)太貴。

　　美國大學(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。他們的研究成果刊發(fā)在周二的《自然》雜志上。芯片制造設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算基礎設施之中。

　　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(chǎng)，消費者將大大受益。數據中心內安裝成千上萬(wàn)的服務(wù)器，硅光子技術(shù)可以提升運算速度;在個(gè)人電腦 和智能手機上，硅光子可以打破性能瓶頸，同時(shí)又不犧牲電池續航時(shí)間。今天的計算產(chǎn)業(yè)普遍面臨一個(gè)問(wèn)題：無(wú)法讓芯片運算得更快，硅光子卻沒(méi)有這樣的困擾，它 不需要芯片運算得更快。相反，研究人員會(huì )讓硅芯片一直輸送數據且不會(huì )閑置，從而有效提升整體性能。

　　負責芯片開(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，最大的挑戰在于找到廉價(jià)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(huì )用在數據中心中，然后才能進(jìn)入到小設備。Stojanovic還說(shuō)：“我們預計封裝芯片最先會(huì )進(jìn)入數據中心，然后它會(huì )變得足夠便宜，最終 在手機和PC中普及?！?/p>

　　研究人員的構想并非是純粹的創(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(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，它們希望在免費的RISC-V芯片設計方案上建立新業(yè)務(wù)。

　　在不久的將來(lái)，Stojanovic預計光子將可以連接電腦內的獨立芯片，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(jìn)激光雷達的性能，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。電信號傳輸受到了線(xiàn)纜長(cháng)度的制約，例如，當標準USB連接的傳輸速度提高10倍時(shí)，最大線(xiàn)纜長(cháng)度從16英 尺降到了10英氣。光連接卻不會(huì )出現這樣的問(wèn)題，它的速度更快，信號不會(huì )衰減，美國大學(xué)展示的原型芯片是用10米的光連接的，它可以輕易擴展到千米。

　　有了硅光子芯片，數據中心的電腦不必浪費時(shí)間等待另一臺電腦的響應。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>

　　電信號通過(guò)金屬線(xiàn)傳輸，光連接只需要小小的能量就行了，芯片自己就能供應能量，這樣可以節省電的成本，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。