硅光学有望让计算行业脱胎换骨

2016-12-27佚名

中国信息化周报 2016年45期

佚名

一直以来人们都希望能够制造这样一台计算机，使用一些能够以光速处理信息的线路取代常规的电子线路，这种方法有望使计算机的速度增加100倍，并且光子计算机使用的电能将是电子计算机的百分之一。但是全光学计算机的实现在很长时间内还是个梦，终究不能彻底摆脱硅基半导体，所以有了硅光学这个研究方向。

英特尔很早就在研发硅光学芯片，如果对雷电（Thunderbolet）前身Light Peak技术还有点印象，大概还会记得后者最初就是用光纤取代铜线，因此具备极高的传输速度，只不过这个设想还不够成熟，而且光纤不能导电，所以后来才变成了现在的雷电标准。今年8月份的IDF电脑展上，Intel宣布了两款100Gbps速率的硅光学收发器——100G PSM4 QSFP28以及100G CWDM4 QSFP28，传输距离可达2千米，未来还会推出速率高达400Gbps的硅光学收发器。

随后在9月，英特尔公司同时揭开了新一代光学硅芯片的面纱。这种芯片能大幅提高数据中心和超大规模计算机群间的数据传输速率，而在进行这一开发时，英特尔不仅仅是将光速物理学应用于数据传输，其“硅光子学”技术将彻底改变数据中心和高能计算设备的设计及架构方式，不光为公司研发本身，而是为整个计算行业开辟宏大的远景。

众所周知，英特尔一直在进行硅光电领域的研发工作，致力于通过使用传统CMOS技术制造光通信产品，进而实现计算平台的革命。计算行业如果引入光学技术，将为计算机工作方式及其给人们提供的价值带来革命性的改变，与传统的光通信解决方案相比，硅光电方案能够大幅降低产品尺寸、成本和能源消耗。

如此先进的硅光学技术（Silicon Photonics），实际上是利用标准硅实现计算机和其它电子设备之间的光信息发送和接收。简单来说该技术就是用光来替代传统的铜导线传输信号，以此获得更高的传输速度。

硅光调制器是硅光电通信的一部分，简单说光源产生的信号搭载大量数据信息通过光波传输到调制器，然后需要探测器来接收这些信息。硅光学通信联结系统包含一个硅发射器和一个接收器芯片，两者都集成了所有必需的构建模块，并融入英特尔历年来的多项突破性技术成果，包括与加州大学圣塔芭芭拉分校合作开发的第一个混合硅激光器以及2007年发布的高速光调制器和光电探测器。

另外，发射器芯片包括四个激光器，通过它们发射的光束分别进入一个光调制器，而后者则以12.5Gbps的速度对数据进行编码。然后这四条光束将被集中起来并输出到一条光纤内，总的数据传输速率将达到50Gbps。在联结系统的另一端，接收器芯片会对这四条光束进行分离，并导入到各光电探测器中，后者把数据转换回电信号，两个芯片都使用PC行业常用的低成本制造技术进行装配。

随着未来的不断发展，硅光电技术将在计算行业实现广泛的应用。例如家庭娱乐和视频会议也能享受墙体般大小的3D屏幕；硅光学通信还可以让超级计算机或未来数据中心的组件散落在建筑物的各个角落，相互之间可实现高速连接；硅光学通信也将使搜索引擎公司、云计算提供商等数据中心的用户能够改进性能、增加功能、节省能源和空间，甚至还能帮助科学家建造更强大的超级计算机来解决世界上最难的问题。

尽管目前来看，硅光学芯片速度还没有大幅领先现有产品，但相信这只是初期的，未来潜力无限，大幅领先现有产品只是迟早的事。

可以想象，这么好的技术会首先用于服务器、云数据等商业市场，前景超乎想象。