硅光子技術(shù)全面普及：體驗(yàn)硅發(fā)光技術(shù)的進(jìn)展（一）

　　圖2：光傳輸和電傳輸?shù)牡秃碾娏炕?cm為分界

　　如果傳輸距離在1cm以上，目前的光傳輸技術(shù)的耗電量小于電傳輸。光傳輸?shù)暮碾娏恐饕枪馐瞻l(fā)器的電光轉(zhuǎn)換以及光電轉(zhuǎn)換消耗的。最近大幅減小了光收發(fā)器的尺寸，因此耗電量也減小了。

　　光傳輸?shù)膽?yīng)用始于長(zhǎng)距離通信，之后其用途擴(kuò)大到了短距離通信，取代了電傳輸。在這一點(diǎn)上，采用硅光子的光傳輸也是一樣。預(yù)計(jì)將來(lái)微處理器內(nèi)部的“CPU內(nèi)核間”的數(shù)據(jù)傳輸也必須要利用硅光子技術(shù)。

　　最近，硅光子技術(shù)在芯片間的應(yīng)用有了眉目，這主要是因?yàn)椋霉韫庾又谱鞯墓馐瞻l(fā)器的耗電量降低了。一般來(lái)說(shuō)，電傳輸是距離越短，所需的電力越少，而光傳輸即使距離縮短，電力也不會(huì)降低太多。因此，二者以耗電量相同的傳輸距離為分界點(diǎn)區(qū)分使用。最近，利用硅光子的光傳輸和電傳輸在傳輸距離為 1cm時(shí)的耗電量基本相同，因此，在比以前短很多的距離間也有望利用光傳輸（圖2）。

　　比如，2013年3月IBM利用硅光子技術(shù)開(kāi)發(fā)出了耗電量為1pJ/bit的光收發(fā)器IC。預(yù)計(jì)電傳輸?shù)淖畹秃碾娏吭趥鬏斁嚯x為1cm時(shí)約為150fJ（0.15pJ）/bit（圖3）1）。雖然還有好幾倍的差距，但如果只限于光傳輸?shù)母黜?xiàng)功能，耗電量比IBM的試制品小2、3位數(shù)的技術(shù)也已開(kāi)發(fā)出來(lái)。

　　圖3：在不遠(yuǎn)的將來(lái)，微處理器內(nèi)核間的傳輸必然要采用光傳輸

　　本圖為微處理器的CPU內(nèi)核間傳輸?shù)鹊碾妭鬏敿夹g(shù)和光傳輸技術(shù)的耗電量。今后的高性能微處理器光憑電傳輸將無(wú)法實(shí)現(xiàn)耗電量的要求條件。而在距離為1cm的傳輸中，光傳輸?shù)暮碾娏颗c電傳輸基本相同。還出現(xiàn)了各部件的耗電量比電氣方式大幅降低的例子。（攝影：IBM）

　　在用途方面對(duì)硅光子光傳輸?shù)钠诖苍絹?lái)越高。隨著以提高微處理器速度為目的的多核化和眾核化的推進(jìn)，必須要大幅增加內(nèi)存帶寬和CPU內(nèi)核間的數(shù)據(jù)傳輸容量。但多核化會(huì)導(dǎo)致CPU內(nèi)核間的傳輸距離增長(zhǎng)。而且，傳輸容量必須擴(kuò)大到與內(nèi)核內(nèi)的全局布線相當(dāng)?shù)某潭取?duì)電傳輸而言，條件越來(lái)越苛刻。而對(duì)于正處于發(fā)展期的硅光子光傳輸，今后其耗電量還需要大幅降低。