美國(guó)科學(xué)家稱近日研發(fā)出世界上首個(gè)用光處理信息的光電子芯片。它依舊使用電子來(lái)計(jì)算，但是可以直接使用光來(lái)處理信息。這一成果或?qū)⒋蜷_(kāi)超高速、低能耗數(shù)據(jù)處理的大門。研究結(jié)果12月24日發(fā)表在《自然》期刊上。
圖中白色光束為后期繪制而成，目的是說(shuō)明這種芯片可以直接使用光與外部世界交流。
據(jù)加州大學(xué)伯克利分校官網(wǎng)報(bào)道，這一芯片由該校及麻省理工學(xué)院、科羅拉多大學(xué)的科研人員合作研發(fā)。芯片寬3毫米，長(zhǎng)6毫米，每平方毫米的數(shù)據(jù)處理速度可以達(dá)到300吉比特每秒（Gbps），比普通電子微處理器快10到50倍。這種芯片處理數(shù)據(jù)的能耗也非常低，處理每比特?cái)?shù)據(jù)只需消耗1.3皮焦耳能量。盡管光纖通訊技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)大大加強(qiáng)了計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，將光子器件應(yīng)用于計(jì)算機(jī)芯片本身卻十分困難。其原因在于，此前一直沒(méi)有人知道如何在不改變計(jì)算機(jī)芯片制造程序的前提下，將光子器件融入到這一復(fù)雜而昂貴的制造程序之中。而這樣做非常關(guān)鍵，因?yàn)樗粫?huì)進(jìn)一步提高制造計(jì)算機(jī)芯片的成本或風(fēng)險(xiǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員嘗試了多種在芯片上利用光子器件的創(chuàng)新性方法。他們使用光電探測(cè)器和垂直光柵耦合器等光子器件來(lái)控制和引導(dǎo)芯片上的光波，為了讓光波在芯片上傳輸時(shí)的損耗降到最低，他們使用硅晶體管作為光波的波導(dǎo)管。此外他們還在波導(dǎo)管旁邊設(shè)計(jì)了一種硅環(huán)來(lái)快速并低能耗地控制光波。最終，研究人員將兩個(gè)擁有7000萬(wàn)個(gè)晶體管和850個(gè)光子器件的處理器內(nèi)核固定在這種微型芯片上。
報(bào)道認(rèn)為，這一研究成果標(biāo)志著光纖通訊技術(shù)的重要進(jìn)步，而且將加速高帶寬時(shí)代的來(lái)臨。“這是一個(gè)里程碑，它是首個(gè)可以使用光與外部世界進(jìn)行交流的處理器?！?nbsp;研究負(fù)責(zé)人、該校電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)副教授弗拉基米爾·斯托亞諾維奇說(shuō)。
