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光子芯片開發(fā)獲“隱形斗篷”魔力相助
科技日報
2016/11/14 09:52
科技日報北京11月10日電 （記者馮衛(wèi)東）從《哈利·波特》的“隱形斗篷”到《星際迷航》的羅慕倫隱身戰(zhàn)艦，這些一般只存在于科幻小說或電影中。美國科研人員最近利用這些隱形原理，為微光子集成器件設(shè)計了一個特定裝置，其有助開發(fā)出較硅基芯片更小、更快、更節(jié)能的光子芯片。
未來的計算機、數(shù)據(jù)中心和移動設(shè)備將用光子芯片代替電子芯片。每塊光子芯片中將包含數(shù)十億個光子器件，與以硅基芯片中晶體管大致相同的方式執(zhí)行特定功能。但問題是，如果其中兩個光子器件過于靠近對方時將無法工作，因為兩者之間的漏光會導(dǎo)致類似無線電干擾的串?dāng)_。增加彼此距離可解決這一問題，但會使芯片變得很大。
猶他大學(xué)電氣和計算機工程系副教授拉杰什·梅農(nóng)領(lǐng)導(dǎo)的團隊發(fā)現(xiàn)，在兩個光子器件間放置一個特殊的納米硅基屏障，可“欺騙”兩個光子器件相互無視。其原理類似于哈利·波特的“隱形斗篷”，進入一個器件的任何光都會被反射回去，從而模擬出一種旁邊根本不存在鄰居的情形。這個屏障會將光推回原來的器件，使其誤認(rèn)為周邊空無一物。
研究人員發(fā)表在最新一期《自然·通信》雜志上的論文稱，當(dāng)數(shù)十億個這樣的光子器件裝入單個芯片中時，一個芯片就可以包含執(zhí)行各項功能的更多器件。光子芯片使用光子而不是電子來傳輸數(shù)據(jù)，可望減少10倍至100倍的能耗，這對于耗電量巨大的數(shù)據(jù)中心來說是一個福音。
據(jù)美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的研究，美國本土數(shù)據(jù)中心2014年的耗電量為700億千瓦時，占全美國電力消耗的1.8％，預(yù)計到2020年將再上漲4％。
梅農(nóng)認(rèn)為，這種技術(shù)最直接的應(yīng)用將是類似于谷歌和Facebook使用的數(shù)據(jù)中心。從電子轉(zhuǎn)向光子可讓計算機更高效，并對碳排放和能源消耗產(chǎn)生巨大影響。目前，光子器件大多用于高端軍事設(shè)備，梅農(nóng)預(yù)計完全基于光子的芯片將在未來數(shù)年被數(shù)據(jù)中心采用。
總編輯圈點
現(xiàn)在的地球，已經(jīng)離不開芯片了。電子芯片也好，光子芯片也好，它像人類的大腦神經(jīng)元那樣，記錄人類社會發(fā)展過程中留下的足跡，也處理著無處不在的天文量級的數(shù)據(jù)。然而，“大腦”還需要跟支撐它的“身體”協(xié)調(diào)發(fā)展，正如調(diào)侃“雙11”的段子手所寫，“某電商聲稱，當(dāng)天營業(yè)額至少可達(dá)900億；國家電網(wǎng)笑了，我停一天電試試？”