美光子芯片數(shù)據(jù)傳輸速度暴漲至300Gbps
最近美國三所大學(xué)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(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7000萬個(gè)晶體管和850個(gè)光子 元件(用來發(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。
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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),但至今無法真正用在商業(yè)上。美國科羅拉多大學(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(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。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(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,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,消費(fèi)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(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)問題:無法讓芯片運(yùn)算得更快,硅光子卻沒有這樣的困擾,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(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:“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。”
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,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(huì)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(hào)傳輸受到了線纜長度的制約,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)這樣的問題,它的速度更快,信號(hào)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(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:“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(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。
評(píng)論