新型光晶片讓資料中心更加高效、節能

在同一塊晶片上內建了電子電路和光學連接配接的處理器可以節約資料中心的能源

使用光學連接配接代替電線傳輸資料的微處理器一直以來都是晶片設計師們的夢想，但他們多年來的嘗試均以失敗告終。

現在《自然》雜志上介紹的一個原型為他們提供了一種很有希望且非常實用的方法。那就是電子-光學微處理器，該原型是由麻省理工學院、加州大學伯克利分校和科羅拉多大學博爾德分校的一組研究人員開發的，由超過7000萬個半導體和850個光學元件集合而成。

該系統使用光學纖維、發射器和接收器實作處理器晶片和記憶體晶片之間的資料發送。在示範中，該系統通過運作一個圖形程式來展示和操作3d圖像，這需要使用内部光學連接配接來擷取記憶體資料并運作指令。

在能源相同的情況下，光學連接配接可以比電子電路更多更快地傳輸資料，該原型中的資料傳輸速度可達300千兆比特/秒/平方毫米。

研究人員認為，這個速度是電子微處理器成品的10到50倍。加州大學伯克利分校的一名研究員孫晨(音譯)認為，帶寬的提高可以為資料中心節省大量能源。

據他估計，資料中心伺服器所使用的能源中有20%至30%被用于處理器、記憶體和網卡之間的資料傳輸。

根據美國自然資源保護委員會的分析，到2020年，美國的資料中心每年将消耗1400億千瓦時的電力，這将耗資130億美元并排放出1億公噸的二氧化碳。

雖然光學連接配接已經被廣泛用于長途通信連接配接，但要将其應用到伺服器和晶片上仍然存在很大的難度。光學元件的成本很高，需要專門的流程和材料，是以很難将其并入現有的半導體生産線。

将光學元件像電子電路一樣內建在同一晶片上尤為困難。孫晨說：“研究人員隻能用光學元件合成非常簡單的電路，而且這些系統仍然非常昂貴。”他和他的同僚們希望通過在現有半導體裝置上制造光學元件來降低成本。

原型晶片是用格羅方德公司經營的半導體制造設施生産的，公司位于紐約費西基爾。

研究人員将他們的設計發送給公司，然後得到他們的測試晶片。這個工廠是老一代的工廠。如果要用制作當今最好電路的先進裝置生産內建晶片的話，還将需要做更多的工作。

在普通鑄造中使用傳統矽晶片實作晶片上記憶體與處理器之間的光學連接配接是“一個重大的科技成就”，加州大學聖地亞哥分校的一名電氣工程師沙楊·穆克赫爾佳(shayan mookherjea)說道，他也正在從事資料中心的光學連接配接開發工作。

然而，他指出，用這種方法制造晶片需要蝕刻掉部分矽背襯，否則可能使光從晶片的工作部件中洩露出來。要可靠地完成這項工作非常困難。

但孫晨對此非常樂觀。今年5月，他成立了一個專門将設計商業化的公司。他說：“伯克利的ayar實驗室正在針對資料中心進行産品開發，新産品可能在兩年之内就能夠進入市場。”

本文轉自d1net（轉載）