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光子芯片和电子芯片集成,大幅提高数据计算和传输效率

发表时间:2022-11-21 11:34作者:科技前沿

美国加州理工学院和英国南安普顿大学的工程师合作设计了一种集成了光子芯片的电子芯片,利用光来传输数据,创造了一种能够以超高速传输信息,同时产生最小热量的芯片产品。研究人员将光子芯片和电子芯片集成,大幅提高数据计算和传输效率。

这种三明治结构设计的双芯片可能会影响处理大量数据通信的数据中心的未来。

人们在利用网络进行视频电话、观看电影或玩在线视频游戏时,都会通过数据中心来回传送大量的数据,进行处理。

美国有2700多个数据中心,全球有8000多个,服务器塔楼层叠,管理每秒进出的数据多达数千TB。

我们在使用电脑时候,电脑会发热,数据中心的服务器塔在工作时也会发热,规模要比个人电脑大得多。一些数据中心甚至建在水下,以便更容易冷却整个设施。它们的效率越高,产生的热量就越少,最终,它们能够管理的信息量就越大。

数据处理是在电子电路上完成的,而数据传输则是使用光子学最有效地完成的。在每个领域实现超高速是非常具有挑战性的,但设计它们之间的接口更为困难。

不仅在数据中心,而且在高性能计算机中,不断需要提高不同芯片之间的数据通信速度。随着芯片的计算能力不断扩大,通信速度可能成为瓶颈,尤其是在严格的能源限制下。


为了应对这一挑战,加州理工学院和南安普敦大学的团队一起,从头开始设计了电子芯片和光子芯片,并对它们进行了联合优化,使它们能够协同工作。从最初的想法到实验室的最终测试,整个过程耗时四年,每一个设计选择都会影响两个芯片。


光子芯片和电子芯片合成芯片的优点

这两个芯片实际上是为彼此制造的,在三维空间中相互集成。研发人员同时优化整个系统,从而实现了卓越的电力效率。

两个芯片之间的优化接口允许它们每秒传输100千兆比特的数据,而仅产生2.4皮焦耳的热量。与现有技术相比,这将传输的光电功率提高了3.6倍。皮焦耳是焦耳的数万亿分之一,它被定义为1安培的电流通过1欧姆或约0.24卡路里的电阻在一秒内释放的能量。

随着世界变得越来越互联,每个设备都会产生更多的数据,如果能够实现如此高的数据传输率,同时与传统技术相比只消耗一小部分电力,这是令人兴奋的突破。


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