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突破性芯片技术改变未来计算

发布时间:2020-02-14 13:40:37

突破性芯片技术 改变未来计算

本文将带领你去漫游一下未来的电子世界。其中的一些概念听起来很像梦幻,还有一些是期待已久但还未实现的概念,不过它们都有一个共通之处,那就是它们全都已经在实验室中进行了演示,已经有望在未来五年左右的时间内成为商用产品。

本文共分两大部分,第一部分主要讲述芯片级的发展,处理器传输数据不再使用导线连接的电路,而是使用激光,新材料的出现可能会让传统的硅材料变得一文不值。这些技术可以为大量新型的创新产品提供构建模块,而其中的一些技术甚至可能是我们今天根本无法想象的。

第二部分将会讲述关于接入、电源与控制领域的五大创新技术。

没有导线的芯片:激光连接

如果用显微镜仔细查看任何一块微处理器就会发现,其中有数百万条极细微的导线在连接每个有源元件。而在微处理器的表面之下,还有更多的导线存在。麻省理工学院微光子中心的一位研究人员Jurgen Michel希望用快闪锗(Ge)激光器完全取代这些导线,用红外线来传输数据。

Michel解释道,当处理器的核与元件越来越多时,提供内部连接的导线就成了阻碍数据连接提速的障碍。我们使用光子而非电子,可以让连接变得更容易,更快速。

利用光速的光子来传输数据,Ge激光器传输位和字节的速度要比通过导线传输的电子快100倍,这就意味着芯片各核心与其内存之间的关键连接不会再拖其他元件的后腿。恰如络的光纤通信要比前一代的铜缆更高效一样,芯片中的激光会让计算超高速运转。

图中的这些电路采用的是锗激光器来通信的

麻省理工的这套系统最妙的部分是,在每个处理器内部不再需要埋设细微的导线。而是用一系列隐秘的隧道和洞穴构成十字交叉络来传输光脉冲;而微小的镜面和感应器则用来中转和解释数据。

这是传统的硅电子与光学元件的混合也叫做硅光子技术,这种技术可以让计算机变得更绿色。因为激光器要比导线更省电

,产生的热量也更少。

光电子可以说是一个圣杯,Seiler称。它拓展了电子学,也是降低电源消耗的极好办法,因为我们不再有发热的导线了。

2010年2月,Michel与其同事Lionel Kinerling和Jifeng Liu成功地研制并测试了一块带有Ge激光数据传输器的功能电路。这块芯片的传输速度超过了每秒Tbit,比当今最快的导线连接芯片速度快了两个量级。

Ge激光器研发小组(从左至右):麻省理工学院教授Lionel Kimerling、Jurgen Michel以及研究员Jifeng Liu,后者现任Dartmouth大学副教授。

这块芯片是利用现有的半导体处理技术再加上一些其他附件制成的,所以Michel据此认为向激光连接芯片的过渡可能会在下一个五年中出现。如果进一步的测试取得成功的话,麻省理工学院将会批准立项,这种芯片就有可能在2015年左右进入商用阶段。

对这种芯片的需求是前所未有的。因为到了2015年,极有可能会在计算机芯片上出现64颗独立的处理内核,每个内核都可以同时工作。如果用导线连接这些内核那肯定是死路一条,Michel称。而利用锗激光器来连接这些内核却存在着巨大的可能性和回报率。

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