計(jì)算機(jī)速度瓶頸破冰，IBM光芯片要超銅導(dǎo)線(xiàn)

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藍(lán)色巨人的研究員已經(jīng)證明，光纖維技術(shù)可以通過(guò)更快的數(shù)據(jù)傳導(dǎo)方式幫助電腦沖破如今的速度極限。

IBM研發(fā)工程師已經(jīng)通過(guò)一項(xiàng)技術(shù)將速度又向前推進(jìn)一步，叫硅光子學(xué)，這項(xiàng)設(shè)計(jì)是為了給計(jì)算機(jī)行業(yè)的瓶頸破冰。

硅光子通過(guò)光纖的超快數(shù)據(jù)傳輸能力與傳統(tǒng)芯片技術(shù)聯(lián)姻。發(fā)送數(shù)據(jù)的速度像光通過(guò)光纖一樣，從而代替電子在銅導(dǎo)線(xiàn)中傳輸方式，這種方式在速度和傳輸距離方面都有優(yōu)勢(shì)。但是因?yàn)樗馨嘿F，因此它幾乎只限于長(zhǎng)途使用，如在不同的建筑物之間傳輸，城市間和大洲之間通信才會(huì)用。

但是IBM的研究人員演示了一款電腦芯片，這款芯片可以通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的光纖維同時(shí)發(fā)送和接收四組不同顏色的紅外光，我們稱(chēng)之為多路復(fù)用技術(shù)。每個(gè)鏈接能以每秒25字節(jié)的速度傳輸數(shù)據(jù)，共100Gbps。這足以每2秒轉(zhuǎn)移一部容量25GB的藍(lán)光光盤(pán)的數(shù)據(jù)。

“這種基于多路復(fù)用的速度，結(jié)合芯片的一體化設(shè)計(jì)，絕對(duì)是行業(yè)首例?！盜BM在周二的會(huì)議上聲明。

圖1：一個(gè)堆的IBM硅光子學(xué)示范芯片，每秒鐘可以傳輸100字節(jié)的數(shù)據(jù)，原來(lái)四分之一的時(shí)間。--IBM研究院。

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目前還處于實(shí)驗(yàn)室的演示芯片階段，但是對(duì)硅光子的研究工作來(lái)說(shuō)，如IBM，英特爾和Luxtera起到不小的作用；谷歌搜索、微軟在線(xiàn)和Facebook社交網(wǎng)絡(luò)在推進(jìn)服務(wù)方面起到至關(guān)重要的作用，它們被安置在龐大的數(shù)據(jù)中心，周?chē)鷶D滿(mǎn)了數(shù)千臺(tái)服務(wù)器。這些服務(wù)器如今通常通過(guò)銅線(xiàn)來(lái)連接，但是更多經(jīng)濟(jì)光纖連接可以幫助這些服務(wù)器統(tǒng)一成一個(gè)計(jì)算能力更加強(qiáng)大的模塊。這就意味著提供更多先進(jìn)的在線(xiàn)服務(wù)。

“人們想辦法找到一個(gè)便宜的硅兼容光子技術(shù)，”Linley集團(tuán)分析師David Kanter補(bǔ)充，“但是這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)起來(lái)很不容易。”

硅光子技術(shù)和很多新技術(shù)相吻合，如自旋電子學(xué)，異形碳材料和量子計(jì)算，這些技術(shù)的發(fā)展在硅技術(shù)達(dá)到盡頭以后，能夠確保計(jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展能夠跟上步伐。這一穩(wěn)步推進(jìn)體現(xiàn)在摩爾定律上，摩爾定律是戈登.摩爾50年前創(chuàng)立，并以他的名字命名。

圖2：IBM的新品照片顯示，發(fā)射和接收的記錄之間有四個(gè)光頻率，而且覆蓋在同一光纖維鏈接上。---IBM研究院。

商用之后

IBM的研究通常領(lǐng)先于商業(yè)應(yīng)用，但是藍(lán)色巨人預(yù)測(cè)這項(xiàng)工作以后會(huì)讓公司得到收益。

“讓硅光子技術(shù)為廣泛商用做好準(zhǔn)備，這將有助于半導(dǎo)體工業(yè)跟上每一次變革的步伐，而變革的驅(qū)動(dòng)力則是來(lái)自于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算對(duì)計(jì)算能力的需求?！盇rvind Krishna解釋道，他是IBM研究院的高級(jí)副主席和總監(jiān)。所謂大數(shù)據(jù)服務(wù)顯然依賴(lài)于數(shù)據(jù)分析，顯著模式如購(gòu)物、流量和產(chǎn)品需求。

Four-link技術(shù)能夠讓數(shù)據(jù)中心的光纖維成本銳減一半，IBM研究所的硅光子技術(shù)組經(jīng)理Will Green說(shuō)。

“四路復(fù)合波長(zhǎng)進(jìn)入一個(gè)光纖維意味著你能夠在每個(gè)纖維中攜帶四倍的數(shù)據(jù)，因此這在你的互聯(lián)系統(tǒng)中需要更少的纖維。”Green說(shuō)，“事實(shí)上，轉(zhuǎn)換成一個(gè)附加的系統(tǒng)等級(jí)的成本縮減不少，對(duì)于數(shù)據(jù)中心應(yīng)用來(lái)說(shuō)，安裝纖維的預(yù)算就是現(xiàn)在的2倍?！?/p>

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，光纖維鏈接能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)和其它組件捆綁在一起。

能耗的限制幾乎讓處理器的速度達(dá)到頂峰--幾乎沒(méi)有芯片可以超過(guò)4GHz，這就意味著它們的內(nèi)部時(shí)鐘速度需要達(dá)到每秒40億次。結(jié)果計(jì)算機(jī)工程師不得不尋找其他方式提高系統(tǒng)性能，并且硅光子的作用在于能夠保持處理器裝滿(mǎn)他們需要的數(shù)據(jù)的情況下最高效工作，可以替代計(jì)算機(jī)大部分的閑置時(shí)間。

硅光子學(xué)的關(guān)鍵在于將光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)--發(fā)接收機(jī)---更加靠近需要收發(fā)數(shù)據(jù)的處理器。這些組件最終將會(huì)疊加到前一個(gè)上面，通過(guò)一種叫做TSV的技術(shù)進(jìn)行連接，An Steegen說(shuō)，他任Imec公司大型Belgian-based芯片研究組副總。他預(yù)測(cè)，這個(gè)想法要經(jīng)過(guò)多年的研究才能實(shí)現(xiàn)。

英特爾已經(jīng)有一個(gè)長(zhǎng)期存在的興趣小組，與硅光子學(xué)和一項(xiàng)叫做light Peak的技術(shù)相關(guān)，它希望為計(jì)算機(jī)建立一個(gè)便宜的光纖連接。它從來(lái)沒(méi)有把這個(gè)項(xiàng)目商業(yè)化，從而可以代替蘋(píng)果和迅雷技術(shù)利用銅或者纖維鏈接可達(dá)到40Gbps。

速度如此之快，但是銅有著致命的長(zhǎng)度限制。銅電纜可以達(dá)到3米，但是光纖可以達(dá)到60米。

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