實際上, 2015年, 美國三所大學的研究人員就開發出一款光子晶片, 它可以用光來傳輸數據, 速度比過去的晶片大幅提升, 能耗也大大減少. 研究者宣稱這是第一款成熟的, 用光傳輸數據的處理器. 晶片每平方毫米處理數據的速度達到300Gbps, 比現有的標準處理器快10倍甚至50倍. 研究人員用7000萬個晶體管和850個光子元件 (用來發送和接收光) 組成2個處理器內核, 整個晶片只有3×6毫米大.
在20世紀40年代時, 電腦和房間一樣大, 今天的電腦與那時的電腦已經有了很大的不同, 但它們傳輸數據的方式是一樣的, 都是在金屬線中傳遞電子訊號. 英特爾和IBM等晶片企業都已經在研究矽光子(Silicon Photonics), 但至今無法真正用在商業上. 美國科羅拉多大學Berkeley校區, 麻省理工學院, 科羅拉多大學Boulder校區的研究人員開發出第一款光子晶片是重大的突破, 他們預測最早到2017年就可以測試商用版本的光處理器.
在今天的電腦和智能手機中, 電訊號在金屬線中傳輸, 它將處理器, 記憶體, 網路, 存儲設備, USB介面等連接起來. 在國家與國家之間則用光纖連接. 光纖可以傳輸海量數據, 但它的造價太貴.
美國大學的研究人員希望能改變這一切, 他們將電子組件直接安裝在晶片中, 並用來傳送和接受光訊號. 晶片製造設備和矽元件都可以用這種方法生產, 如此一來, 光晶片就可以輕易普及到計算基礎設施之中.
研究人員已經在室驗室製作出原型產品, 如果產品可以走向市場, 消費者將大大受益. 數據中心內安裝成千上萬的伺服器, 矽光子技術可以提升運算速度; 在個人電腦和智能手機上, 矽光子可以打破性能瓶頸, 同時又不犧牲電池續航時間. 今天的計算產業普遍面臨一個問題: 無法讓晶片運算得更快, 矽光子卻沒有這樣的困擾, 它不需要晶片運算得更快. 相反, 研究人員會讓矽晶片一直輸送數據且不會閑置, 從而有效提升整體性能.
負責晶片開發的副教授Vladimir Stojanovic說, 開發出第一款能在外部世界通信的光晶片是重大突破, 至於商業化, 最大的挑戰在於找到廉價的方法封裝晶片. 他認為, 出於成本考慮, 光晶片技術最先會用在數據中心中, 然後才能進入到小設備. Stojanovic還說: '我們預計封裝晶片最先會進入數據中心, 然後它會變得足夠便宜, 最終在手機和PC中普及. '
研究人員的構想並非是純粹的創意, 已經有兩家創業公司參與到光晶片的商業化運動之中. 一家是Ayar Labs, 它希望將光子互連技術商品化, 還有一家是SiFive, 它們希望在免費的RISC-V晶片設計方案上建立新業務.
在不久的將來, Stojanovic預計光子將可以連接電腦內的獨立晶片, 將一顆晶片與另一顆晶片相連. 除此之外, 矽光子技術還可以改進雷射雷達的性能, 無人駕駛汽車的雷射感測器, 腦顯像和環境感測器的性能都會大大提升.
矽光子有望重新改寫曆史, 徹底改變電腦組合的方式. 電訊號傳輸受到了線纜長度的制約, 例如, 當標準USB連接的傳輸速度提高10倍時, 最大線纜長度從16英尺降到了10英氣. 光連接卻不會出現這樣的問題, 它的速度更快, 訊號不會衰減, 美國大學展示的原型晶片是用10米的光連接的, 它可以輕易擴展到千米.
有了矽光子晶片, 數據中心的電腦不必浪費時間等待另一台電腦的響應. Stojanovic說: '我們的光解決方案可以讓處理器更快接入網路. '
電訊號通過金屬線傳輸, 光連接只需要小小的能量就行了, 晶片自己就能供應能量, 這樣可以節省電的成本, 也不會存在電子元件過熱的問題.
原型晶片是用不常見的材料製作的, 它將矽和鍺結合, 製造過程很困難, 成本也很高. 但最近一段時間, 研究人員取得了進步, 他們改良了矽光子技術, 在晶片中使用了更多的矽材料.