有没有代替光纤的东西(科学家们制造了第一个能媲美硅的光基“晶体管”半导体)

编译自Tech Spot作者：Isaiah Mayersen

原文标题：Scientists build the first light-based hardware that competes with silicon

光子处理是未来的未来，它比你想象的更近

导读：早在2000年3月，AMD就率先推出了1 GHz处理器。英特尔则在2001年8月后不久就用2 GHz的处理器予以反击，更是在2002年11月推出了第一款达到3 GHz的处理器。经过长达九年的努力，AMD以4GHz的FX-6200进行反击，而后又花了两年时间打造出了5 GHz的FX-9590。自那以后的六年里，从时钟频率的角度来看，并没有多大的进步。

进步的速度正在放缓，在不久的将来，我们将需要一些新的东西以提高性能。比如芯片级的光子计算，即基于光基材料的集成电路。

一个由日本电话电报公司（NTT）资助的科学家团队在光子技术方面取得了重大突破，光子学硬件第一次具有了与电子硬件相媲美的性能和规格。

在未来的十年内，你可能会看到的利用电子技术处理光信号的光子学技术。例如，一个电信号将到达一个电到光(E-O)设备，把它转换成光信号；然后，该光信号被传输到一个光到电(O-E)设备，该设备将光信号转换成电信号，该电信号可以被处理或发送到下一个E-O设备。

科学家们所面临的主要挑战来自电力需求，光子学处理设备的耗电可能千倍于电子处理并且存在转换速度的问题，因为每次光信号被转换成电信号后必须储存入电容器中，而这个电容器必须充满并完全放电才能传递信号。但到目前为止，建造一个足够小的电容器以实现快速充放电仍是很有挑战性的事情。

光纤是大规模光子学应用的一个例子，它几乎是目前唯一的商业应用。

研究团队取得了飞跃式的进展，最终使得新技术在性能和功率方面能与传统的硅基硬件相媲美。

他们能够制造出一种运行速度为40 Gbps，每比特只需4.2x10^-17 焦的电光（E-O）调制器，这意味着它消耗的功率比以前要求最低的实验设备还少一个数量级，同时拥有更佳的性能，大概每半个电容小10^-15法拉。

然后，他们基于同样的技术建造了一个光接收器(O-E)，它能够以10 Gbps的速度运行，所用的功率比其他光学系统低两个数量级，每比特只需1.6x10⁻¹⁵焦耳。这也是第一款不需要放大器（这节省电力）的仅几飞（10^-15）法拉的低容电容这也是第一次不需要放大器(这节省电力)。

将两者结合起来，他们展示了世界上第一个O-E-O“晶体管”。它可以用作全光开关、波长转换器和中继器。令人难以置信的多功能性使得它成为第一个在芯片规模上比电子硬件更优越的应用。研究人员认为，它可以用于核心间的通信并保持缓存的一致性。

科学家们通过开发一种新型光子晶体(一种控制光线的合成绝缘材料)取得了这一突破，它是一块带有一串孔的硅片。这些孔被布置成如果光线穿过它们，便会干扰抵消掉。如果一条洞线被堵塞，那么光就会沿着这条路走，然后被导入到吸收光的材料中，从而把它转换成电信号。同样的系统也在相反的情况下工作，至此，一个基于光电系统的“半导体”材料便能成功取代芯片中现有的硅基半导体材料了。

很难评价这一突破有多令人兴奋。到目前为止，光子学在数据中心所扮演的唯一角色是远距离通信，目标距离从500米到10公里。最近的消息如英特尔400G已经把距离缩小到了室内的规模，至于主板级的应用据说也在研究当中。但是，将光子学应用到芯片规模，并进入消费级市场，毫无疑问在性能方面有了重写规则的潜力。毕竟，光比电快。

虽然光子技术仅仅是与电子硬件相匹配，但它还处于起步阶段，并将迅速提高。尽管如此，芯片规模的光子技术可能还需要十年才能进入公众手中，但这将是令人兴奋的一天。

（编辑：Me.F）