近日，IBM宣xuan布bu已yi成cheng功gong研yan製zhi出chu實shi用yong化hua的de矽gui光guang學xue芯xin片pian，這zhe項xiang已yi有you二er十shi年nian發fa展zhan曆li史shi的de技ji術shu讓rang人ren看kan到dao了le應ying用yong的de希xi望wang。據ju稱cheng

，他ta們men已yi將jiang一yi個ge矽gui光guang集ji成cheng芯xin片pian塞sai到dao了le與yuCPU相xiang同tong的de封feng裝zhuang尺chi寸cun中zhong，這zhe無wu疑yi將jiang矽gui光guang子zi技ji術shu提ti升sheng到dao了le更geng高gao的de層ceng次ci，專zhuan家jia預yu計ji在zai半ban導dao體ti工gong藝yi達da到dao物wu理li極ji限xian
，革ge命ming性xing的de新xin計ji算suan機ji尚shang未wei出chu現xian之zhi前qian
，矽gui光guang學xue技ji術shu將jiang負fu責ze填tian補bu空kong缺que。

 

IBM的這一消息令行業再次沸騰，為什麼這些“技術者們”會這麼興奮？矽光子真的可以為人類打開一扇通往新世界的大門？

 

早在上世紀90年代，IT從業者就開始為半導體芯片產業尋找繼任者。光子計算
、量子計算
、生物計算、超導計算等概念一時間炙手可熱
，它們的目標都是在矽芯片發展到物理極限後取而代之，以延續摩爾定律。

 

其中光子計算一度被認為是最有希望的未來技術。與半導體芯片相比，光芯片用超微透鏡取代晶體管
、以yi光guang信xin號hao代dai替ti電dian信xin號hao進jin行xing運yun算suan。光guang芯xin片pian無wu需xu改gai變bian二er進jin製zhi計ji算suan機ji的de軟ruan件jian原yuan理li
，但dan可ke以yi輕qing易yi實shi現xian極ji高gao的de運yun算suan頻pin率lv
，同tong時shi能neng耗hao非fei常chang低di
，不bu需xu要yao複fu雜za的de散san熱re裝zhuang置zhi。與yu電dian腦nao對dui應ying，設she想xiang中zhong的de光guang學xue計ji算suan機ji被bei稱cheng作zuo“光腦”。早年甚至有人預言2015年光腦就會開始取代矽芯片。

 

danshixianshibingbujinrurenyi
，kexuejiahegongchengshihenkuaijiufaxianzhizaonamijideguangxuetoujingshirucikunnan
，xiangzaixiaoxiaoxinpianshangjichengshushiyidetoujingyuanyuanchaochulerenleixianyoudejishushuiping。

 

好在科研單位並未放棄將光線引入芯片世界的努力。很快人們發現用光通路取代電路來在矽芯片之間傳輸數據是很有潛力的應用方向：光信號在傳輸過程中很少衰減
，幾乎不產生熱量，同時可以輕鬆獲得恐怖的帶寬;最重要的是在矽芯片上集成光學數據通道的難度不算太高，不像光子計算那樣近乎幻想。於是從21世紀初開始，以Intel和IBM為首的企業與學術機構就開始重點發展矽芯片光學信號傳輸技術，期望有朝一日能用光通路取代芯片之間的數據電路。

 

以(yi)激(ji)光(guang)代(dai)替(ti)電(dian)路(lu)傳(chuan)遞(di)數(shu)據(ju)的(de)技(ji)術(shu)對(dui)普(pu)通(tong)人(ren)來(lai)說(shuo)並(bing)不(bu)陌(mo)生(sheng)，音(yin)頻(pin)設(she)備(bei)常(chang)見(jian)的(de)光(guang)纖(xian)數(shu)字(zi)接(jie)口(kou)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)典(dian)型(xing)例(li)子(zi)。如(ru)今(jin)城(cheng)市(shi)新(xin)建(jian)寬(kuan)帶(dai)網(wang)絡(luo)已(yi)經(jing)普(pu)遍(bian)使(shi)用(yong)光(guang)纖(xian)取(qu)代(dai)了(le)銅(tong)纜(lan)


，大(da)大(da)提(ti)升(sheng)了(le)網(wang)絡(luo)的(de)接(jie)入(ru)帶(dai)寬(kuan)。光(guang)信(xin)號(hao)技(ji)術(shu)有(you)很(hen)多(duo)優(you)勢(shi)
，但(dan)傳(chuan)統(tong)光(guang)學(xue)數(shu)據(ju)設(she)備(bei)的(de)體(ti)積(ji)龐(pang)大(da)，難(nan)以(yi)應(ying)用(yong)在(zai)芯(xin)片(pian)級(ji)的(de)信(xin)號(hao)網(wang)絡(luo)中(zhong)。

 

矽(gui)光(guang)學(xue)技(ji)術(shu)的(de)目(mu)標(biao)就(jiu)是(shi)在(zai)芯(xin)片(pian)上(shang)集(ji)成(cheng)光(guang)電(dian)轉(zhuan)換(huan)和(he)傳(chuan)輸(shu)模(mo)塊(kuai)
，使(shi)芯(xin)片(pian)間(jian)光(guang)信(xin)號(hao)交(jiao)換(huan)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)。使(shi)用(yong)該(gai)技(ji)術(shu)的(de)芯(xin)片(pian)中(zhong)，電(dian)流(liu)從(cong)計(ji)算(suan)核(he)心(xin)流(liu)出(chu)，到(dao)轉(zhuan)換(huan)模(mo)塊(kuai)通(tong)過(guo)光(guang)電(dian)效(xiao)應(ying)轉(zhuan)換(huan)為(wei)光(guang)信(xin)號(hao)發(fa)射(she)到(dao)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)鋪(pu)設(she)的(de)超(chao)細(xi)光(guang)纖(xian)

，到(dao)另(ling)一(yi)塊(kuai)芯(xin)片(pian)後(hou)再(zai)轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)信(xin)號(hao)。

 

把ba複fu雜za的de光guang電dian轉zhuan換huan模mo塊kuai縮suo小xiao到dao納na米mi尺chi寸cun，同tong時shi還hai要yao能neng用yong半ban導dao體ti工gong藝yi製zhi造zao不bu是shi容rong易yi的de事shi情qing。雖sui然ran實shi驗yan室shi中zhong早zao有you成cheng果guo，但dan成cheng品pin的de良liang率lv和he成cheng本ben一yi直zhi難nan以yi令ling人ren滿man意yi。另ling一yi方fang麵mian
，2004年後串行數據電路技術飛速發展，PCIe、QPI

、HyperTransport等總線技術提供的帶寬達到很高的水平，也降低了業界對矽光學技術的潛在需求。

 

直zhi到dao幾ji年nian前qian，業ye界jie發fa現xian傳chuan統tong的de銅tong電dian路lu已yi經jing接jie近jin物wu理li瓶ping頸jing
，繼ji續xu提ti高gao帶dai寬kuan變bian得de越yue來lai越yue困kun難nan。同tong時shi雲yun計ji算suan產chan業ye卻que對dui芯xin片pian間jian數shu據ju交jiao換huan能neng力li提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu：數據中心
、超級計算機通常會安裝數以千計的高性能處理器，可這些芯片的協同運算能力卻受到芯片互聯帶寬的嚴重製約。

 

例如一顆Xeon CPU從與自己直接連接的內存中讀取數據的帶寬高達每秒40G字節，但如果是從另一顆Xeon芯片控製的內存中讀入資料，帶寬就會下降一半甚至三分之二。單顆芯片的性能越強

、互hu聯lian的de芯xin片pian數shu量liang越yue多duo，較jiao低di的de互hu聯lian帶dai寬kuan就jiu越yue容rong易yi成cheng為wei性xing能neng提ti升sheng的de障zhang礙ai。銅tong電dian路lu不bu僅jin帶dai寬kuan提ti升sheng困kun難nan

，功gong耗hao和he發fa熱re也ye不bu可ke小xiao視shi
，業ye界jie對dui矽gui光guang學xue技ji術shu的de需xu求qiu已yi經jing到dao了le迫po在zai眉mei睫jie的de程cheng度du。

 

 

去年
，矽光子器件公司Kotura宣布其Optical Engine可以通過使用波分複用實現100Gbpsdeshujuchuanshusulv
，yunxubutongbochangdeduogeshujuxinhaogongxiangxiangtongguangxuetonglu。cileishebeishiyongyushujuzhongxinyugaoxingnengjisuanyingyongchengxu
，jiejuejiyutongxiandeyitaiwangwangluoxingnengbuzuwenti。ciwai，IBM、Intel與NEC等芯片廠商巨頭也正在開發矽光子器件。一時之間，矽光子被廣泛重視。

 

2010年，IBM在日本東京發布了其在芯片技術領域的最新突破——CMOS集(ji)成(cheng)矽(gui)納(na)米(mi)光(guang)子(zi)學(xue)技(ji)術(shu)，該(gai)芯(xin)片(pian)技(ji)術(shu)可(ke)將(jiang)電(dian)子(zi)和(he)光(guang)子(zi)納(na)米(mi)器(qi)件(jian)集(ji)成(cheng)在(zai)一(yi)塊(kuai)矽(gui)芯(xin)片(pian)上(shang)，使(shi)計(ji)算(suan)機(ji)芯(xin)片(pian)之(zhi)間(jian)通(tong)過(guo)光(guang)脈(mai)衝(chong)進(jin)行(xing)通(tong)訊(xun)。科(ke)學(xue)家(jia)有(you)望(wang)據(ju)此(ci)研(yan)製(zhi)出(chu)比(bi)傳(chuan)統(tong)芯(xin)片(pian)更(geng)小(xiao)
、更快
、能耗更低的芯片，為億億次超級計算機的研發開辟道路。

 

2013年9月
，Intel

、康寧宣布共同研發了新的光纖傳輸技術，300米之內可以做到1.6Tb/s(200GB/s)的驚人速度，這種光纖采用了康寧的ClearCurve LX多模光纖技術，並搭配Intel MXC光學接口，未來可以支持Intel矽光子技術產品。

 

2013年11月富士通宣布，通過與Intel的大力合作，成功打造並展示了全球第一台基於Intel OPCIe(光學PCI-E)的服務器，而其中的核心技術就是Intel苦心研發多年的矽光子。

 

2014年12月，華為與納米研究中心——比(bi)利(li)時(shi)的(de)微(wei)電(dian)子(zi)研(yan)究(jiu)中(zhong)心(xin)聯(lian)合(he)宣(xuan)布(bu)，聚(ju)焦(jiao)於(yu)光(guang)學(xue)數(shu)據(ju)鏈(lian)路(lu)技(ji)術(shu)，其(qi)戰(zhan)略(lve)合(he)作(zuo)夥(huo)伴(ban)關(guan)係(xi)再(zai)進(jin)一(yi)步(bu)。這(zhe)對(dui)於(yu)矽(gui)基(ji)光(guang)學(xue)互(hu)連(lian)的(de)聯(lian)合(he)研(yan)究(jiu)有(you)望(wang)帶(dai)來(lai)諸(zhu)多(duo)益(yi)處(chu)，包(bao)括(kuo)高(gao)速(su)
、低功耗和成本節省。

 

這zhe些xie行xing業ye巨ju頭tou都dou在zai瞄miao準zhun矽gui光guang子zi市shi場chang，重zhong點dian開kai發fa矽gui光guang子zi技ji術shu。強qiang大da的de背bei景jing支zhi持chi，結jie合he夯hang實shi的de曆li史shi基ji礎chu，矽gui光guang子zi技ji術shu戴dai著zhe閃shan耀yao的de光guang環huan重zhong出chu江jiang湖hu。

 

矽光學技術很快就會在數據中心、超級計算機領域普及。不過在消費級產業這項技術很難有用武之地：智能設備和PC本來就沒那麼多芯片
，自然也用不上高大上的芯片間光信號傳輸。新技術將更多以間接的形式影響我們的生活：未wei來lai雲yun計ji算suan平ping台tai的de性xing能neng快kuai速su增zeng長chang可ke以yi為wei普pu通tong用yong戶hu提ti供gong更geng快kuai更geng好hao的de信xin息xi服fu務wu
，背bei後hou的de功gong臣chen之zhi一yi就jiu是shi矽gui光guang學xue技ji術shu。在zai半ban導dao體ti工gong藝yi達da到dao物wu理li極ji限xian，革ge命ming性xing的de新xin計ji算suan機ji尚shang未wei出chu現xian之zhi前qian
，矽gui光guang學xue技ji術shu將jiang負fu責ze填tian補bu空kong缺que。

 

在整個產業界的努力下
，一個個問題正在被突破，業界對矽光子大規模商用也抱有極大的信心，有業內人士預計廣泛應用需要7—10年的時間。