光子芯片开发获“隐形斗篷”魔力相助

可使未来数据中心大幅降低能耗

2016年11月11日08:50  来源:科技日报
 

从《哈利·波特》的“隐形斗篷”到《星际迷航》的罗慕伦隐身战舰,这些一般只存在于科幻小说或电影中。美国科研人员最近利用这些隐形原理,为微光子集成器件设计了一个特定装置,其有助开发出较硅基芯片更小、更快、更节能的光子芯片。

未来的计算机、数据中心和移动设备将用光子芯片代替电子芯片。每块光子芯片中将包含数十亿个光子器件,与以硅基芯片中晶体管大致相同的方式执行特定功能。但问题是,如果其中两个光子器件过于靠近对方时将无法工作,因为两者之间的漏光会导致类似无线电干扰的串扰。增加彼此距离可解决这一问题,但会使芯片变得很大。

犹他大学电气和计算机工程系副教授拉杰什·梅农领导的团队发现,在两个光子器件间放置一个特殊的纳米硅基屏障,可“欺骗”两个光子器件相互无视。其原理类似于哈利·波特的“隐形斗篷”,进入一个器件的任何光都会被反射回去,从而模拟出一种旁边根本不存在邻居的情形。这个屏障会将光推回原来的器件,使其误认为周边空无一物。

研究人员发表在最新一期《自然·通信》杂志上的论文称,当数十亿个这样的光子器件装入单个芯片中时,一个芯片就可以包含执行各项功能的更多器件。光子芯片使用光子而不是电子来传输数据,可望减少10倍至100倍的能耗,这对于耗电量巨大的数据中心来说是一个福音。

据美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究,美国本土数据中心2014年的耗电量为700亿千瓦时,占全美国电力消耗的1.8%,预计到2020年将再上涨4%。

梅农认为,这种技术最直接的应用将是类似于谷歌和Facebook使用的数据中心。从电子转向光子可让计算机更高效,并对碳排放和能源消耗产生巨大影响。目前,光子器件大多用于高端军事设备,梅农预计完全基于光子的芯片将在未来数年被数据中心采用。(记者 冯卫东)

(责编:阴重宇(实习生)、贺迎春)

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