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新納米開關讓光子在芯片間“跑得更快”
2019-11-18 09:01:52 來源: 科技日報
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        美國和瑞士研究人員開發出一種光學開關,讓光能在20億分之一秒內在芯片間移動,這一速度遠超其他類似設備。研究人員稱,這款緊湊型開關是首個能在足夠低電壓下運行的開關,因此可被集成到硅芯片上,並以極低信號損失改變光的方向,有望在量子計算機等領域“大顯身手”。研究在線發表于《科學》雜志網站。

        美國國家標準技術研究院(NIST)的研究人員稱,這項研究朝著創建使用光而非電來處理信息的計算機邁出重要一步。與依靠電子進行通信相比,依靠光子在計算機內傳輸數據擁有多項優勢。首先,光子跑得比電子快,並且不會因為加熱計算機組件而浪費能量,可提升計算機的性能。數十年來,光纖使用光信號來遠距離傳輸信息,但光纖佔用空間太大,無法在計算機芯片間傳輸數據。

        據物理學家組織網14日報道,在新的光學裝置中,一束光被限制在一個管狀的波導內傳播,該波導擁有一個出口匝道,一些光可射入距匝道僅幾納米並被刻成磁盤的空腔中。該開關還擁有另一個關鍵組件:懸在硅盤上方幾十納米處的一層金膜。這些納米金、硅光學、電學和力學組件緊密結合在一起,可引導光進出一個微型通道,改變其速度及行進方向。

        研究合作者、NIST兼蘇黎世聯邦理工學院(ETH)的克裏斯蒂安·哈夫納指出,一些研究人員此前認為光—電—力學開關不切實際,因為它們“塊頭”大,操作速度慢且電壓要求過高,計算機芯片的組件無法承受,但最新研制出的這款開關解決了上述問題。該設備的緊湊性設計,確保光信號損失僅為2.5%,而之前的開關為60%。

        研究人員表示,該設備有望在無人駕駛、神經網絡等多個領域“大顯身手”。此外,新開關改變光信號時耗能極少,因此有望成為量子計算機不可或缺的一部分。

        盡管目前科學家只研制出了模型,但其可用于商業領域。該團隊現在正通過縮短硅片和金膜間的距離來使設備更小,這將進一步減少信號損失。

        總編輯圈點

        傳統硅芯片曾創下摩爾定律的傳奇。按照這個定律,大約每隔18到24個月,集成電路上的晶體管數目就會增加一倍,芯片的性能也隨之提升一倍。但隨著芯片越來越小,芯片上的晶體管數目越來越多,摩爾定律開始日益挑戰極限。這就是為什麼科研人員開始探索新型芯片,以便為芯片發展尋找新的突破點,光子芯片、量子芯片等等都在此列。這些新型芯片目前剛剛嶄露頭角,但未來可能顛覆整個芯片産業的生態。(劉霞)

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【糾錯】 責任編輯: 蘆俊文
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