硅光學有望讓計算行業脫胎換骨

佚名

一直以來人們都希望能夠制造這樣一臺計算機，使用一些能夠以光速處理信息的線路取代常規的電子線路，這種方法有望使計算機的速度增加100倍，并且光子計算機使用的電能將是電子計算機的百分之一。但是全光學計算機的實現在很長時間內還是個夢，終究不能徹底擺脫硅基半導體，所以有了硅光學這個研究方向。

英特爾很早就在研發硅光學芯片，如果對雷電（Thunderbolet）前身Light Peak技術還有點印象，大概還會記得后者最初就是用光纖取代銅線，因此具備極高的傳輸速度，只不過這個設想還不夠成熟，而且光纖不能導電，所以后來才變成了現在的雷電標準。今年8月份的IDF電腦展上，Intel宣布了兩款100Gbps速率的硅光學收發器——100G PSM4 QSFP28以及100G CWDM4 QSFP28，傳輸距離可達2千米，未來還會推出速率高達400Gbps的硅光學收發器。

隨后在9月，英特爾公司同時揭開了新一代光學硅芯片的面紗。這種芯片能大幅提高數據中心和超大規模計算機群間的數據傳輸速率，而在進行這一開發時，英特爾不僅僅是將光速物理學應用于數據傳輸，其“硅光子學”技術將徹底改變數據中心和高能計算設備的設計及架構方式，不光為公司研發本身，而是為整個計算行業開辟宏大的遠景。

眾所周知，英特爾一直在進行硅光電領域的研發工作，致力于通過使用傳統CMOS技術制造光通信產品，進而實現計算平臺的革命。計算行業如果引入光學技術，將為計算機工作方式及其給人們提供的價值帶來革命性的改變，與傳統的光通信解決方案相比，硅光電方案能夠大幅降低產品尺寸、成本和能源消耗。

如此先進的硅光學技術（Silicon Photonics），實際上是利用標準硅實現計算機和其它電子設備之間的光信息發送和接收。簡單來說該技術就是用光來替代傳統的銅導線傳輸信號，以此獲得更高的傳輸速度。

硅光調制器是硅光電通信的一部分，簡單說光源產生的信號搭載大量數據信息通過光波傳輸到調制器，然后需要探測器來接收這些信息。硅光學通信聯結系統包含一個硅發射器和一個接收器芯片，兩者都集成了所有必需的構建模塊，并融入英特爾歷年來的多項突破性技術成果，包括與加州大學圣塔芭芭拉分校合作開發的第一個混合硅激光器以及2007年發布的高速光調制器和光電探測器。

另外，發射器芯片包括四個激光器，通過它們發射的光束分別進入一個光調制器，而后者則以12.5Gbps的速度對數據進行編碼。然后這四條光束將被集中起來并輸出到一條光纖內，總的數據傳輸速率將達到50Gbps。在聯結系統的另一端，接收器芯片會對這四條光束進行分離，并導入到各光電探測器中，后者把數據轉換回電信號，兩個芯片都使用PC行業常用的低成本制造技術進行裝配。

隨著未來的不斷發展，硅光電技術將在計算行業實現廣泛的應用。例如家庭娛樂和視頻會議也能享受墻體般大小的3D屏幕；硅光學通信還可以讓超級計算機或未來數據中心的組件散落在建筑物的各個角落，相互之間可實現高速連接；硅光學通信也將使搜索引擎公司、云計算提供商等數據中心的用戶能夠改進性能、增加功能、節省能源和空間，甚至還能幫助科學家建造更強大的超級計算機來解決世界上最難的問題。

盡管目前來看，硅光學芯片速度還沒有大幅領先現有產品，但相信這只是初期的，未來潛力無限，大幅領先現有產品只是遲早的事。

可以想象，這么好的技術會首先用于服務器、云數據等商業市場，前景超乎想象。

相關鏈接

隨著硅光子學的發展，硅光子可能投入更實際與廣泛的應用，甚至能替代半導體晶體管等光學芯片，獲得更高的計算性能。硅光子學的一個應用領域包括生物識別技術。比利時根特大學的納米與生物光子學中心研究人員使用該技術制造了可植入醫療裝置，類似血糖儀，可配合芯片上的光譜儀，連同其他醫療/診斷設備一起使用。