計算機業(yè)的里程碑：光子革命

Win7之家（ afsion.com.cn）：計算機業(yè)的里程碑：光子革命

新聞來源：人民日報

在科學發(fā)展過程中，人們先研究光，然后才研究電。1947年晶體管的發(fā)明，引發(fā)了電子學和電子集成電路的快速發(fā)展。如今，用硅制作的電子集成電路、計算機 已經進入千家萬戶。計算機的速率已經到達千億次比特/秒，還能夠進一步提高計算機的運行速度嗎？人們將目光轉向傳輸速度更快的“光”了。事實上， “電”能夠完成的功能就不必采用“光”，而“電”難以完成的功能就需要采用“光”，這就是光子學出現(xiàn)的原因。

地球上硅的含量很多，僅次于氧，而且硅的提純技術已經達到很高的水平。近年來，人們發(fā)現(xiàn)硅不但是很好的電學材料，還是很好的光學材料。用標準 CMOS工藝制造的硅光子集成線路，與電子集成電路兼容，成本低、易制造、便于控制，優(yōu)點是其它光子材料無法比擬的。將光引入到芯片與芯片，以及芯片內各部分之間的數(shù)據(jù)連接中，形成高速率、低損耗的光互連，這場發(fā)生在計算機領域的光子革命由此拉開了序幕。

不久前，英特爾公司成功研制出了世界上第一個集成了激光器的硅光子數(shù)據(jù)連接系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)長距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率高達500億比特/秒。這項技術旨在把高帶寬、低成本的光通信技術引入到各種計算機設備中，它預示著光子將在計算機領域取代電子成為實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接的主要載體，是計算機發(fā)展史上一個重要里程碑。

近年來，硅光子器件接連取得重大突破，如混合型硅激光器、高速硅電光調制器以及硅基長波長光電探測器等。英特爾公司采用不同的硅光子器件組成一個完整的光收發(fā)模塊，它包含了發(fā)射器芯片和接收器芯片。在發(fā)射器芯片上，由激光器產生連續(xù)激光，隨后光進入光調制器，用電脈沖對光作數(shù)據(jù)編碼，速率是 125億比特/秒，一共有4路，都集中到一條光路輸出，總容量就達到500億比特/秒；在接收器芯片上，先將接收到的4條光束分離，分別輸入到光電探測器中復原為電信號。由于數(shù)據(jù)是在光路中傳輸，因此連接系統(tǒng)的傳輸帶寬大，功耗也很低。

半個世紀以來信息技術的發(fā)展表明，用光子代替電子實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接是不可阻擋的歷史潮流。光纖逐步取代銅電纜，從骨干網到城域網，再到局域網，直至現(xiàn)在備受關注的接入網，呈現(xiàn)“光進銅退”的大趨勢。在計算機技術迅猛發(fā)展的今天，光子攻占電子領地，不斷向計算機的周圍及其內部逼進，在機柜之間、電路板之間、芯片之間、甚至芯片內，傳統(tǒng)的電互連正一步一步被光互連所取代。只不過，在芯片上傳輸光的并不是光纖，而是集成的硅基光波導。

用光子（光量子）代替電子傳輸計算機數(shù)據(jù)，將徹底改變未來計算機系統(tǒng)的設計與構架方式�，F(xiàn)在的計算機都是通過金屬線互相連接，受制于帶寬，金屬線的長度十分有限。使用光傳送數(shù)據(jù)，就能把分散在各個角落的組件連接起來，從而幫助數(shù)據(jù)中心提高性能和容量，節(jié)約空間與能源，構建更強大的超級計算機。