光電子集成芯片突破數(shù)據(jù)傳輸率界限

日前，美國(guó)加州理工學(xué)院和英國(guó)南安普頓大學(xué)的工程師合作設(shè)計(jì)了一種與光子芯片(利用光傳輸數(shù)據(jù))集成的電子芯片，創(chuàng)造了一種能以超高速傳輸信息同時(shí)產(chǎn)生最少熱量的緊密結(jié)合的最終產(chǎn)品。 該研究成果發(fā)表在近期的《IEEE固態(tài)電路期刊》上。

雖然雙芯片“三明治”不太可能在膝上型電腦中找到出路，但新設(shè)計(jì)可能會(huì)影響管理大量數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)中心的未來。 就像膝上型電腦在使用時(shí)會(huì)升溫一樣，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器也會(huì)在工作時(shí)升溫，只是幅度要大得多。一些數(shù)據(jù)中心甚至建在水下，以便更容易地冷卻整個(gè)設(shè)施。理論上講，它們的效率越高，產(chǎn)生的熱量就會(huì)越少，最終管理的信息量就越大。

數(shù)據(jù)處理在電子電路上完成，而數(shù)據(jù)傳輸則可以使用光子學(xué)有效完成。在兩個(gè)方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)超高速非常具有挑戰(zhàn)性，不過，設(shè)計(jì)它們之間的接口則更為困難。

不僅在數(shù)據(jù)中心，而且在高性能計(jì)算機(jī)中，人們還需要提高不同芯片之間的數(shù)據(jù)通信速度。隨著芯片計(jì)算能力的擴(kuò)大，通信速度可能成為瓶頸，尤其是在嚴(yán)格的能源限制下。

為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)從頭開始設(shè)計(jì)了電子芯片和光子芯片，并共同優(yōu)化了它們以協(xié)同工作。從最初的想法到實(shí)驗(yàn)室的最終測(cè)試，這個(gè)過程花了四年時(shí)間。

研究人員稱，必須同時(shí)優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)卓越的電源效率。這兩個(gè)芯片實(shí)際上就是為彼此制造的，在三個(gè)維度上相互集成。 兩個(gè)芯片之間由此產(chǎn)生的優(yōu)化接口使它們能每秒傳輸100吉比特的數(shù)據(jù)，同時(shí)每個(gè)傳輸比特僅產(chǎn)生2.4皮焦耳熱量。

與當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)相比，這將傳輸?shù)碾姽夤β市侍岣吡?.6倍。皮焦耳是焦耳的萬億分之一，它被定義為1安培的電流通過1歐姆的電阻在一秒鐘內(nèi)釋放的能量——或大約0.24卡路里。 隨著世界變得越來越互聯(lián)，每個(gè)設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)，令人興奮的是，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這項(xiàng)技術(shù)可以在消耗一小部分功率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)如此高的數(shù)據(jù)速率。

編輯：黃飛