五大突破性芯片技術(shù) 改變未來計算
“未來五年對于電子學(xué)來說將會是一段非常令人激動的時期,”美國商業(yè)部所屬國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)半導(dǎo)體電子學(xué)分部的主任David Seiler說。“今天很多看上去像是不著邊際的幻想,明天都有可能變成司空見慣的事物。”
NST的David Seiler:今天很多不著邊際的幻想很快就會變成現(xiàn)實。
沒有導(dǎo)線的芯片:激光連接
如果用顯微鏡仔細(xì)查看任何一塊微處理器就會發(fā)現(xiàn),其中有數(shù)百萬條極細(xì)微的導(dǎo)線在連接每個有源元件。而在微處理器的表面之下,還有更多的導(dǎo)線存在。麻省理工學(xué)院微光子中心的一位研究人員Jurgen Michel希望用快閃鍺(Ge)激光器完全取代這些導(dǎo)線,用紅外線來傳輸數(shù)據(jù)。
Michel解釋道,“當(dāng)處理器的核與元件越來越多時,提供內(nèi)部連接的導(dǎo)線就成了阻礙數(shù)據(jù)連接提速的障礙。我們使用光子而非電子,可以讓連接變得更容易,更快速。”
利用光速的光子來傳輸數(shù)據(jù),Ge激光器傳輸位和字節(jié)的速度要比通過導(dǎo)線傳輸?shù)碾娮涌?00倍,這就意味著芯片各核心與其內(nèi)存之間的關(guān)鍵連接不會再拖其他元件的后腿。恰如電話網(wǎng)絡(luò)的光纖通信要比前一代的銅纜更高效一樣,芯片中的激光會讓計算超高速運轉(zhuǎn)。
麻省理工的這套系統(tǒng)最妙的部分是,在每個處理器內(nèi)部不再需要埋設(shè)細(xì)微的導(dǎo)線。而是用一系列隱秘的隧道和洞穴構(gòu)成十字交叉網(wǎng)絡(luò)來傳輸光脈沖;而微小的鏡面和感應(yīng)器則用來中轉(zhuǎn)和解釋數(shù)據(jù)。
這是傳統(tǒng)的硅電子與光學(xué)元件的混合——也叫做硅光子技術(shù),這種技術(shù)可以讓計算機(jī)變得更綠色。因為激光器要比導(dǎo)線更省電,產(chǎn)生的熱量也更少。
“光電子可以說是一個圣杯,”Seiler稱。“它拓展了電子學(xué),也是降低電源消耗的極好辦法,因為我們不再有發(fā)熱的導(dǎo)線了。”
2010年2月,Michel與其同事Lionel Kinerling和Jifeng Liu成功地研制并測試了一塊帶有Ge激光數(shù)據(jù)傳輸器的功能電路。這塊芯片的傳輸速度超過了每秒Tbit,比當(dāng)今最快的導(dǎo)線連接芯片速度快了兩個量級。
這塊芯片是利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體處理技術(shù)再加上一些其他附件制成的,所以Michel據(jù)此認(rèn)為向激光連接芯片的過渡可能會在下一個五年中出現(xiàn)。如果進(jìn)一步的測試取得成功的話,麻省理工學(xué)院將會批準(zhǔn)立項,這種芯片就有可能在2015年左右進(jìn)入商用階段。
對這種芯片的需求是前所未有的。因為到了2015年,極有可能會在計算機(jī)芯片上出現(xiàn)64顆獨立的處理內(nèi)核,每個內(nèi)核都可以同時工作。“如果用導(dǎo)線連接這些內(nèi)核那肯定是死路一條,”Michel稱。“而利用鍺激光器來連接這些內(nèi)核卻存在著巨大的可能性和回報率。”
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