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据MIT Technology Review网站报道,长期以来,利用光连接而非电线传输数据的微处理器一直是芯片设计师的梦想,但多年来生产这类芯片的尝试均没有获得成功。

《自然》杂志在一篇文章中描述了这样一款芯片的原型,提供了一种颇有前景的实用设计。这款光-电微处理器由麻省理工学院、加州大学伯克利分校和科罗拉多大学的研究人员开发,集成有逾7000万个晶体管和850个光学组件。系统利用光导纤维、发射器和接收器,在处理器芯片和内存芯片之间发送数据。在演示中,系统运行一个显示和处理3D图像的软件,这一任务要求利用内部光连接从内存读取数据和运行代码。

未来手机技术前瞻:数据传输速率可提高50倍

MIT Technology Review表示,在能耗相同的情况下,与电线相比,光连接能更快地传输更多数据。在原型系统中,数据传输速率为每平方毫米300Gbps,是同类传统微处理器的10-50倍。加州大学伯克利分校研究人员孙辰(Chen Sun,音译)表示,带宽的增加能为数据中心节约大量能耗。他估计,在数据中心服务器能耗中,20%-30%用于在处理器、内存和网卡之间传输数据。美国自然资源保护委员会的分析显示,到2020年,美国数据中心每年耗电量为1400亿千瓦时,价值130亿美元,碳排放量为1亿吨。

尽管光连接被广泛应用在长途通信线路中,但将它用于服务器和芯片仍然相当困难。光组件制造成本很高,要求使用特殊工艺和材料,很难或不可能整合到当前的半导体生产线中。

MIT Technology Review称,把光组件与电子组件集成到一个芯片上尤其困难。孙辰表示,研究人员只能将光组件与非常简单的电路整合,而且价格昂贵。他及其合作者希望通过在现有半导体设备上制造光-电芯片降低成本。原型芯片是在GlobalFoundries的一条半导体生产线上制造的,这条生产线比较陈旧,在当前最先进的芯片制造设备上生产光-电芯片还有更多工作要做。

加州大学圣地亚哥分校电气工程师萨延摩克杰(Shayan Mookherjea)说,利用光组件连接传统处理器和内存芯片是“一项重大技术成就”。他指出,以这种方式生产这类芯片要求蚀刻掉部分硅片,需要进一步提高可靠性。孙辰很乐观。他今年5月成立了一家公司,目的是把这一设计转化成商品。加州大学伯克利分校一个实验室在开发面向数据中心的产品,可能于2年内在市场上推出产品。

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