电子传输数据速度慢，光子传输数据将取而代之

（文章来源：上品悦读）

光子学也许能解决超级复杂的问题，但是一个巨大的挑战仍然存在：如何将电子数据转换成硅芯片上的光？将电子数据转换成硅片上的光是复杂的，因为硅不发光。但是办法总比问题多，德国的科学家已经开发出微型纳米线激光器，可以在芯片上产生并传输光。光波逻辑电路公司正在研制一种聚合光子集成电路，它的光子发射机能以每秒800GBT的速度工作，比一般数据传输方式都快得多。

随着光子传输数据技术的发展，这项技术将会在将来普及到数据传输方式上，那么光子传输数据会有哪些优势呢？为了跟上云计算需求的增长，数据中心正以惊人的速度在许多方面扩张。每一个新一代的处理器芯片都比上一代包含更多的晶体管，服务器板也包含越来越多的处理器，数据中心将变得更大以容纳更多的服务器机架。

地球上最大的数据中心位于内华达州太浩里诺的城堡校园，占地近70万平方米，相当于61个足球场。在如此巨大的数据中心存的存储机架存在着诸多缺点，即使是机架到机架之间的通信也需要在一定的距离和带宽上传输数据，而目前的光纤通道设计不支持这种带宽。超过每根纤维芯每秒100MBT的速度会造成数据信号的严重失真，并可能导致一种称为纤维融合的现象，即纤维芯熔化。

丹麦技术大学在开发下一代光纤方面处于领先地位，这种光纤可以处理上述通信问题。他们通过建立基于高计数、单模、多芯光纤的光学多路复用系统，打破了现有的传输障碍。当与放大器相结合时，该系统能够以每秒超过1000公里的速度传输1pb的超高容量光。我们知道生产力提高会降低生产成本，该光学多路复用系统可能会使数据中心的平均成本、每比特的能量和空间降低10倍。

为了将数据通过光缆传输，芯片上的电子信号必须转换成光。让光在传统的电缆内传输，意味着激光，探测器和电子设备，要帮助调制光脉冲都位于电缆外壳。当这种光电转换尽可能靠近芯片时，传输性能就会提高。因此，世界各地的研究实验室一直在寻找使光学元件更接近处理器的方法。最终目标是在芯片本身上执行转换，这将使电光通路在纳米尺度上并行运行。

慕尼黑工业大学认为将电子数据转换成硅芯片上的光是很复杂的。在计算领域，半个世纪以来半导体物理学几乎都是基于硅有关的工作，而硅不发光。但是现在半导体物理学进入了材料科学的新领域：硅光子学。

慕尼黑工业大学已经开发出比人类头发还要细1000倍的微型纳米线激光器，可以在芯片上产生和传输光。慕尼黑工业大学已经在硅波导上培育出了砷化镓的丝状晶须，它被用于第一次激光演示。当把这些晶体做得非常薄时，薄到直径300纳米，这时晶体管的工作效率非常高。

为了更好地理解这种性能，举个例子，一般搜索引擎要查询一个关键词，要消耗每BT1毫微焦耳的电能。但是如果使用硅光子这种新结构材料，电能消耗将下降到1F焦耳BT，这是每比特信息的一百万倍的能源效率。如果硅光子材料的生产规模扩大，对全球能源消耗的影响将是巨大的。在过去的四年里，其它一些实验室也在硅芯片上演示了光学发电，芯片激光器的商业应用将比许多人预测的要快，大约6到8年就能实现商业应用。

在这个硅光子学的新时代，聚合物可能使在复合半导体和硅平台上集成光子学成为可能。在英国光电子先驱Michael Lebby的指导下，美国Lightwave Logic公司利用有机聚合物开发了新型脊形波导调制器。与之前的设计相比，该材料的温度更稳定，并提供了一个具有巨大的结构性能和能源效率潜力的平台。由于这种聚合物可以承受极高的温度，所以在标准的芯片生产过程中，新型脊形波导调制器可以被喷到硅上。

这种调制器已经具备了传输数据速率超过50Gbps每秒的带宽能力，这是许多数据中心正在设法达到的数据速率。该团队目前正在研究一种先进的聚合物结构，这种结构能使发射机的功率达到每秒800吉GBT。

聚合物光子集成电路将在未来十年解决大数据产业面临的挑战，聚合物光子集成电路具有高温稳定性、可靠性、高性能、低功耗和简单的制造技术，非常适合作为制造聚合物发动机的载体，不仅用于数据应用，而且随着基于电池的手持产品的发展，也适用于医疗、消费者和汽车行业。
（责任编辑：fqj）