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2000年3月，AMD首次推出了時(shí)鐘頻率超過1 GHz的處理器；2001年8月，英特爾將其推向了2 GHz，并于2002年11月首次突破3 GHz。而作為回?fù)?，AMD經(jīng)過長達(dá)9年的技術(shù)積累之后憑借著強(qiáng)大的FX-6200率先突破4 GHz，又過了兩年在2013年推出了5 GHz的FX-9590。

當(dāng)前處理器性能的增長已經(jīng)放緩，未來需要注入新的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)發(fā)展。而這個(gè)新動(dòng)力可能就是芯片級的光子計(jì)算，這是一種基于光的硬件總成，有望大幅提升性能。由日本電報(bào)電話公司（Nippon Telegraph and Telephone Corporation）贊助的科學(xué)團(tuán)隊(duì)近日在光子技術(shù)領(lǐng)域取得了巨大突破，讓光子硬件首次具備了媲美電子硬件的性能和規(guī)格。

未來10年你將會(huì)看到各種光學(xué)上的突破性應(yīng)用，包括利用光來傳輸信息，然后讓電子硬件進(jìn)行處理。例如，電信號將會(huì)通過Electric to Optic (E-O)設(shè)備轉(zhuǎn)換為光，然后通過光傳輸之后再在Optic to Electric (O-E)設(shè)備中將光轉(zhuǎn)換成為電流，而該電流可以被處理或者發(fā)送到下個(gè)E-O設(shè)備中。

目前科學(xué)家面臨的主要挑戰(zhàn)就是功率要求，以光形態(tài)發(fā)送所需要的功率是電信號的1000多倍，而且在傳輸速度上也存在限制，因?yàn)槊看喂獗晃罩蠖夹枰M(jìn)入到容器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而且該容器必須要在完成填滿并完全放電才能通過信號，但到目前為止，構(gòu)建一個(gè)足夠小的電容器以實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)是非常具有挑戰(zhàn)性的。

而科學(xué)團(tuán)隊(duì)在光學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了跨越式的發(fā)展，最終在性能和功耗方面達(dá)到了媲美傳統(tǒng)硅硬件的要求。科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了運(yùn)行速率為40 Gbps的電光調(diào)制器（E-O），每bit僅42個(gè)焦耳，這意味著它的耗電量比以前的最佳實(shí)驗(yàn)要低一個(gè)數(shù)量級，大約半個(gè)容器為微法拉(femtofarad)。

然后，他們構(gòu)建了一個(gè)基于相同技術(shù)的光接收器（O-E），并且能夠以比其他光學(xué)系統(tǒng)低兩個(gè)數(shù)量級的功率運(yùn)行在10 Gbps，每bit只有1.6毫微焦耳。它也是第一個(gè)不需要放大器（節(jié)省功率）并且只需幾兆法拉就具有低電容的產(chǎn)品。

在兩者的基礎(chǔ)上，科研團(tuán)隊(duì)展示了全球首個(gè) O-E-O 晶體管，它可以用作全光開關(guān)，波長轉(zhuǎn)換器和中繼器。令人難以置信的多功能使其成為首款在芯片級上超過電子硬件的設(shè)備。研究人員建議它可以用于核心間通信并維持緩存一致性。

科研團(tuán)隊(duì)通過開發(fā)一種新型光子晶體（一種控制光線的合成絕緣材料）來實(shí)現(xiàn)這一突破的，它是一塊硅片，上面鉆有一堆孔。這些孔的排列使得如果光線穿過它們會(huì)自己干擾，從而導(dǎo)致它被抵消。如果一條孔被阻擋，那么光就會(huì)跟隨路徑并被聚集成光吸收材料，將其轉(zhuǎn)換為電流。同樣的系統(tǒng)也可以反向運(yùn)行。

*免責(zé)聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個(gè)人觀點(diǎn)，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點(diǎn)，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對該觀點(diǎn)贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。