微處理器中融入光子元件
- 發佈時間：2016-01-03 02:30:00 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
據新華社舊金山1月1日電 美國研究人員日前首次在微處理器積體電路晶片內融入光子元件，為創制高速低功耗電腦處理器探索途徑。
這一處理器採用簡化指令組電腦（RISC－V）架構，包含超過7000萬個電晶體和850個光子元件，而且是在一座現有晶片工廠內製作，顯示出相關工藝與現有生産程式可以相容。
這項研究由加利福尼亞大學伯克利分校、麻省理工學院和科羅拉多大學博爾德分校的研究人員合作實施。項目專家介紹説，上述微處理器晶片呈長方形，各邊尺寸分別為3毫米和6毫米，其中光子元件充當輸入／輸出端口。
“這是一個里程碑，”加利福尼亞大學伯克利分校電氣工程和電腦係副教授弗拉迪米爾·斯托亞諾維奇説，因為“這是第一個用光線實現與外部世界（數據）通信的處理器”。
光學通信與電子通信相比，有頻寬大、功耗低等優勢。光學通信迄今已極大改善電腦與電腦之間的數據通信，即電腦網路通信，但把這些效能引入電腦內或電腦微處理器晶片內部並不容易。
商業化大規模電子積體電路製造工藝複雜、設備昂貴，所以研究人員著力降低在晶片內引入光子元件所需增加的成本以及可能導致的殘次品率。所以，他們在蝕刻環形調製器、光探測器、垂直耦合器等光子元件時盡可能地利用硅鍺電晶體、多晶硅和單晶矽層的特性，以電晶體的管體充當波導管。
該項目的研究人員在英國《自然》雜誌上發表的論文説，運作各種電腦程式的結果顯示，這一晶片內的數據通信頻寬為每平方毫米300千兆比特，相當於市場上現有“純電子”微處理器內通信頻寬的10至50倍。
測試結果還表明，這一晶片內光子輸入／輸出端口的功耗是每比特1.3微微焦耳，即傳輸1兆兆比特數據僅消耗電力1.3瓦。依照美國自然資源保護理事會的説法，美國所有數據中心2013年合計耗費電力大約910億千瓦小時，相當於全美當年總體電力消耗的約2％。
2015年，這種技術應用前景在美國已催生了兩家初創企業。
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