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使用光而非电子来进行运算的好处很多。光脑的发热量会比电脑少,而几束光可以在同一条光路中传递,只要波长和方向不一致就不会相互干扰。这让光脑的设计过程变得更加简单,而且可以在同样的体积内传递更多的信息,在一块芯片内同时进行大量的并行计算,甚至颠覆过去60余年中一直使用的二进制计算方式。目前人们已经实现了使用无光和两束偏振方向成直角的光来进行以三进制为基础的运算,这是电子计算机永远也无法实现的功能。 虽然我们可以使用透镜、滤波器和反光镜等等工具来实现传统电子计算机逻辑运算的功能,而且已经在上个世纪的最后十年成功地实现了光脑,但是传统光学器件的体积决定了今天的光脑还不能成为每个人桌面上的工具。一台能够实现如同我们现在的计算机功能的光脑的体积如同一台卡车一般,如果按照传统的思路来设计光脑,体积并不能有效地减小。 但是如果换一个思路,情况可能会变得不一样。去年9月,美国加州大学伯克利分校的研究者们制造出了纳米级别的激光器,能够发射只有5纳米宽的激光束。而光子晶体技术的迅速发展,让人们对光的控制能够达到之前无法想象的程度。这种具有只让指定波长的光通过的特性,已经帮助人们开发出了多种可能被用于光脑的微型光学器件,包括完全无损耗的反射镜和弯曲光路、低驱动能量的放大器、波长分辨率极高而体积极小的超棱镜、能够进行色散补偿的光子晶体光纤以及更高效率的发光二极管等。这些微小的组件,构成了全光化信息处理的基础,让光运算的微型和集成化成为可能。 也许在未来5年之内,我们就能够看到集成在一块芯片上的光子器件;而再过几年,将会看到光脑出现在商店的橱窗当中,速度更快、效率更高,而能耗更低。在那个时候,基于电子的信息时代将会终结,取而代之的,将是光信息时代的开始。 ——链接—————————————— 光速计算的里程碑20世纪60年代,激光器首次问世,人们就感受到光的巨大魔力,并且利用激光器产生各种超高带宽、超长距离、免受电噪声干扰的激光,以此推动高速通信的巨大发展。如果让在硅材料中传播接近真空光速的激光进入高集成度的硅元件中,进行数据与信号的传输,将为计算与通信带来怎样的革命呢? 作为一项新兴技术,硅光电技术是利用标准硅实现计算机和其他电子设备之间光信息发送和接收。英特尔一直在进行硅光电领域的研发工作,致力通过传统CMOS技术制造光通信产品,从而实现计算平台的革命。从上世纪90年代中期开始,英特尔就开始进行硅光电技术的研究,但由于硅材质更适合电路传输而不是光波,因此通过硅产生激光尤其是连续的激光,是非常困难的事情。 2005年2月,英特尔在美国宣布,运用标准硅组件开发了全球第一套能驱动连续光波的硅组件激光技术,即“连续波拉曼激光器”。该技术利用拉曼效应(Raman effect)与硅晶结构来放大通过硅组件的激光,将外部光源导入实验的芯片后,产生连续完整的激光束。利用该技术能将低成本、高品质的激光以及光组件带入主流的运算、通讯及医疗应用领域,制造出低成本光学组件,以光速在计算机内外部传递数据。 今天你们看到的这款硅基光电联结系统原型,是一个传输速度高达50Gbps的联结系统,看起来也许像一款“概念车”。这将是第一个基于成本低廉且易于制造的硅继续开发利用光束在光纤上传输数据的技术,而不是使用像砷化镓这样的特殊材料做成的成本昂贵、制造困难的元件。未来,我们希望能够更好地利用“硅化”光子,把高带宽、低成本的光通信引入未来的PC、服务器和消费设备中,而这款集成混合硅激光器开发的50Gbps硅基光电联结系统也标志着实现这一愿景的重要里程碑。 |
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