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光子计算的美好未来

(2010-06-04 11:03:52)
标签:

光子计算

光子设备

数据中心

波导管

it

光子计算的美好未来

    光子设备最终正在运用到了计算机里,但只是一部分而已。

    圣经说,”神是光”。光也能够作为计算的灵感来源。自从20世纪80年代末期,第一个光敏晶体管在面世以来,研究者们就一直梦想利用知识的扩展,建造一个展现高科技的光能计算机。但是事实证明,这种突破难以实现。然而,如今科技的新发展表明光学科技开始走进计算机。虽然全光学计算机依旧是个梦想,但一些可以与光共同运行的元件,会使其在计算机中的应用更加深入。
    用光子取代通过铜线传输,并以光子驱动计算机运行,其吸引力是显而易见的。这些光粒子是宇宙中速度最快的事物,所以一台光学计算机处理信息的理论速度,甚至可以令超级计算机的运行速度看起来极其缓慢。然而迄今为止,光学科技主要局限于电信网络和一些数据中心的布线。光子适用于长距离的信息传送。它们通过光纤飞速传输,几乎不会丢失数据或者彼此干扰(所以不同的彩色信号可以通过同一根光纤发送,以倍增其容量)。
    但是在光纤的每个末端,光学信号都必须与电信号进行转换,以供计算机处理信息。这种转换元件非常昂贵。这对网络而言不成问题,因为成本可以分摊给众多的用户。但是这种费用阻碍了光学数据中继器在个人计算机和服务器中的应用。如今这种状况正在发生改变,因为计算机系统正逐渐突破电线的局限。像打印机,硬盘和显示器等外围设备的要求越来越高;网络运行速度更快,最为重要的是处理器的功率继续成指数的增长。所有这些元件之间的所谓“互联”也正在努力赶上这种发展速度。因此,许多新的光学替代方案开始在一些大型公司出现。


闪存中的数据
    英特尔公司已经研发出一种称为“Light Peak”的新型互联技术。其用途在于能够使普通计算机用高速光缆与其他设备连接,速率可达10GB/s,是普通USB线速率的20倍。这意味着光缆可以驱动高清显示器,或者在几秒内传输一部电影。英特尔光子实验室负责人Mario Paniccia预测,Light Peak会让光学连接像无线连接一样得以普及——并且拉动对功率更强大处理器的需求,这也正是英特尔公司的利益所在。
    英特尔不需要发明任何新产品,但是对于这种将电信号与光信号相互转换的装置,他们必须要缩小其尺寸,同时降低其成本。除了研发可以达到这种要求的简化并且价格低廉的芯片之外,英特尔还设计了快速组装和测试元件的方法,并与一批供应商签约从明年开始以百万为单位进行批量生产。
    而惠普关心的是保持它服务器的竞争力:它们的电缆越来越庞大,数据中心难以降温并能耗急剧增加。所以惠普正在研究一种光学互连以替代服务器“机架”。惠普用波导管代替了光缆,波导管是一种内附高反射性金属内壁(带有线槽)的小型塑料管。虽然应用这种技术来传输光已经不新鲜了,但惠普的研究人员通过运用注塑模具系统成功的降低了制造波导管的成本,该系统类似于曾用于批量生产光盘的系统。
    基于现有科技,把类似光学互联应用于计算机不同元件的想法,在近期并不适用于普通家庭或办公电脑。虽然如今还很难制造出这种可以与铜线一较高下的微型廉价元件,但 “硅光子技术”为我们带来了建立这种通信的信心。它采用类似方法制造处理器和不同型号的集成电路。
    硅是一种方便的制造光学设备的极佳材料。惠普实验室的研究员Raymond Beausoleil称其研究院最近成功的将晶格蚀刻在一片平整的硅片上,使其能像匙状物一样聚焦光。这种效果能用来增强激光并替换DVD播放器和其他消费品使用的价格昂贵的镜头。
    英特尔公司也提出采用硅来研制微型光学工具包的想法,希望有一天能将此工具包像波导管和激光器一样整合在光学芯片上。但英特尔的工具包有一项重要缺失:一个等效于晶体管的光纤,能够在计算机内核执行逻辑运算。
    斯坦福大学光电研究中心的David Miller认为这种缺失一点也不稀奇。他表示,现阶段光电晶体管难以与电子晶体管抗衡,不仅是因为在最佳制造方式上没有达成一致。各种制造光电晶体管的技术陆续在实验室出现。但用光学处理信息是非常复杂的,它需要高热值的材料以及激光器,而与传统晶体管相比,这些材料耗能更高。此外,小型化问题难以解决,尤其体现于激光器无法做得像晶体管一样小。所以,虽然批量生产光处理器仍旧任重而道远,但至少其它生产方式已经启程了。

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