半导体芯片继任者：硅光学芯片的前世今生

　　近日IBM宣布已经研制成功实用化的硅光学芯片，让这项已经有二十年发展历史的技术看到了大规模商用化的曙光。

　　前世

　　早在上世纪九十年代，IT从业者就开始为半导体芯片产业寻找继任者。光子计算、量子计算、生物计算、超导计算等概念一时间炙手可热，它们的目标都是在硅芯片发展到物理极限后取而代之，以延续摩尔定律。

　　其中光子计算一度被认为是最有希望的未来技术。与半导体芯片相比，光芯片用超微透镜取代晶体管、以光信号代替电信号进行运算。光芯片无需改变二进制计算机的软件原理，但可以轻易实现极高的运算频率，同时能耗非常低，不需要复杂的散热装置。与电脑对应，设想中的光学计算机被称作“光脑”。早年甚至有人预言 2015年光脑就会开始取代硅芯片。

　　理想是美好的，现实总是残酷的。科学家和工程师很快就发现制造纳米级的光学透镜是如此困难，想在小小的芯片上集成数十亿的透镜远远超出了人类现有的技术水平。真正实用化的光子计算技术恐怕要再等几十年才会出现，于是IT业放弃了这一理想，转而继续挖掘半导体技术的潜能。

　　今生

　　虽然光子计算的研究沉寂了，但科研单位并未放弃将光线引入芯片世界的努力。很快人们发现用光通路取代电路来在硅芯片之间传输数据是很有潜力的应用方向：光信号在传输过程中很少衰减，几乎不产生热量，同时可以轻松获得恐怖的带宽；最重要的是在硅芯片上集成光学数据通道的难度不算太高，不像光子计算那样近乎幻想。于是从21世纪初开始，以Intel和IBM为首的企业与学术机构就开始重点发展硅芯片光学信号传输技术，期望有朝一日能用光通路取代芯片之间的数据电路。

　　光纤音频接口如今随处可见，这类设备的体积较大，无法集成进芯片

　　以激光代替电路传递数据的技术对普通人来说并不陌生，音频设备常见的光纤数字接口就是一个典型例子。如今城市新建宽带网络已经普遍使用光纤取代了铜缆，大大提升了网络的接入带宽。光信号技术有很多优势，但传统光学数据设备的体积庞大，难以应用在芯片级的信号网络中。硅光学技术的目标就是在芯片上集成光电转换和传输模块，使芯片间光信号交换成为可能。使用该技术的芯片中，电流从计算核心流出，到转换模块通过光电效应转换为光信号发射到电路板上铺设的超细光纤，到另一块芯片后再转换为电信号。