作者：陳慶修 來(lái)源：學(xué)習時(shí)報 字數：1581
美國英特爾公司日前宣布，已實(shí)現硅光子數據連接，數據傳輸速度高達每秒500億比特（50Gbps），相當于每秒傳送一部高清晰電影的速度；下一步的目標是實(shí)現每秒1萬(wàn)億比特（1Tbps），這足以將一臺計算機上的所有信息在1秒鐘內傳遞到另外一臺計算機上。
這項成果是人類(lèi)在硅光學(xué)通信領(lǐng)域取得的里程碑式的進(jìn)展。隨著(zhù)光通信嵌入芯片處理器之中，構建高能效超級計算機系統的夢(mèng)想不再遙遠。
我們知道，現在的電腦靠電子在線(xiàn)路中的流動(dòng)來(lái)處理信息，電子的速度約為光速的1/1500（光的速度為30萬(wàn)公里/秒），電子在半導體內的傳輸速度約每秒 60—500公里。在電腦中，電子是通過(guò)相互絕緣的銅線(xiàn)路來(lái)傳導的，隨著(zhù)線(xiàn)路裝配密度的提高，信號會(huì )出現衰減，散發(fā)的熱量也在增加，且線(xiàn)路之間還產(chǎn)生電磁作用，致使超大型電路集成度受到限制，從而制約了電腦運行速度的提升。
與電子不同，光子不僅傳播速度快，而且具備電子所不具備的頻率和偏振等性能，即使在光線(xiàn)相交的情況下，彼此之間也不會(huì )相互影響。這使得科學(xué)家能夠在極小的空間內開(kāi)辟很多的信息通道（例如，貝爾實(shí)驗室的光學(xué)轉換器就可以做得很小，以致在不到2毫米直徑的器件中，可裝入 2000多個(gè)通道）。同時(shí)，利用反射鏡、棱鏡等光導向裝置以及光電裝置，可隨意調節光子流。此外，還有極為理想的光輻射源——激光器可供使用。在此基礎上，可以實(shí)現基于光學(xué)和量子原理的高速高效的計算和通信。
光腦是靠一小束低功率激光進(jìn)入由反射鏡和透鏡組成的光回路來(lái)進(jìn)行“思維”的。利用激光產(chǎn)生的光粒子束對信息進(jìn)行編碼，以光波為載波代替電子通信，它同樣具有存儲、運算和控制等功能。用光路代替電路，用超細超輕的光纖替代銅線(xiàn)，計算機可在更長(cháng)的距離上、以更高的速度、傳輸更多的數據；下一步如果以人造有機分子薄膜對光子流進(jìn)行調節，信息的移動(dòng)與處理將更加迅速。這將從根本上改變未來(lái)計算機的設計模式，以及數據中心的構建方式。
那么光腦比電腦有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？就像光纖與銅線(xiàn)之間的差別一樣，光腦能實(shí)現平行運算，具有更高的運算速度，光腦的運算速度比電腦快千倍以上，光腦的并行處理能力強，它在 1小時(shí)內解決的問(wèn)題在電腦上需要花費 11年；光腦傳遞信息的平行通道的密度實(shí)際上是無(wú)限的，一枚直徑5分硬幣大小的棱鏡，它的通過(guò)能力超過(guò)全世界現有電話(huà)電纜的許多倍，且彼此之間互不干擾；光腦的信息存儲量更大，一只12厘米的激光軟盤(pán)能儲存約為25萬(wàn)個(gè)印刷頁(yè)的信息量。另外，光腦只需要電腦所需能量的一小部分就能驅動(dòng)，可大大減少機器產(chǎn)生的熱量?？紤]到社會(huì )上巨大的計算機使用量，光腦可節約能源數量將是天文數字。
光腦以其強大的功能，將有助于解決現今許多難題。舉例來(lái)說(shuō)，在如此高速的資料傳輸率下，與整面墻一樣大尺寸的3D屏幕將進(jìn)入家庭娛樂(lè )市場(chǎng)以及視訊會(huì )議，超高分辨率和巨大的通信能力，將營(yíng)造出身臨其境的現場(chǎng)效果。未來(lái)的資料中心或超級計算機，其元件可能散布在建筑物、甚至整個(gè)園區的四周，照樣能進(jìn)行高速的通信聯(lián)系。這擺脫了笨重銅線(xiàn)在傳輸量與距離方面的限制，可使資料中心的使用者，如查找引擎公司、云端運算供應商、或金融資料中心等用戶(hù)，不僅得到充裕的效能與容量，還能降低空間與能源帶來(lái)的成本。
以光腦為基礎，未來(lái)計算機網(wǎng)絡(luò )將成為“全光網(wǎng)”，目前電接入方式數據高速傳輸的“瓶頸”這一世界性難題將迎刃而解。這將引發(fā)信息技術(shù)領(lǐng)域又一場(chǎng)深刻的革命。
當前，制造光腦的許多關(guān)鍵技術(shù)，如光存儲技術(shù)，光互連技術(shù)，光電子集成技術(shù)等都已獲得突破?？茖W(xué)家們正集中精力研究如何最大限度地增加光計算機的運算能力，即光開(kāi)關(guān)的數量。英特爾公司正在嘗試通過(guò)提高調制器的編碼速度以及增加每塊芯片上激光器的數量來(lái)讓數據的傳輸速度達到1萬(wàn)億比特。無(wú)需著(zhù)急，成熟的可實(shí)際應用的光腦將會(huì )在近期出現。
總之，光腦前景光明，可望也可及，人們完全可以樂(lè )觀(guān)地期盼全光、高速、節能、智能化、人性化的信息新時(shí)代很快就要來(lái)到。
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