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集成光子與硅納米電子用于下一代芯片系統(tǒng) 然而，研究人員的方法要求芯片上的電子元件和光學元件構建在相同的硅層上。這意味著依靠一種舊的芯片技術，電子元件的硅層厚度足夠適用于光學元件。 在最新一期的“Nature”雜志（“Integrating photonics with silicon nanoelectronics for the next generation of systems on a chip”）中，由麻省理工學院，加州大學伯克利分校和波士頓大學領導的由18位研究人員組成的小組報告了另一項突破：一種將芯片上的光學元件和電子元件分別組裝起來的技術，這種技術支持使用更現(xiàn)代的晶體管技術。同樣，該技術僅需要現(xiàn)有的制造工藝。 “關于這項工作最有前景的事情是，您可以獨立地優(yōu)化您的光子元件，”麻省理工學院電子研究實驗室的研究科學家，也是該論文的三位第一作者之一的Amir Atabaki說，“我們擁有不同的硅電子技術，如果我們能夠為他們添加光子技術，它將成為未來通信和計算芯片的強大力量。例如，現(xiàn)在我們可以想象一個微處理器制造商或像英特爾或Nvidia這樣的GPU制造商說‘這非常好。我們現(xiàn)在可以為我們的微處理器或GPU提供光子輸入和輸出�！宜麄儾恍枰谶^程中改變太多，就能獲得芯片上的光學性能提升�！�  研究人員已經開發(fā)了一種在芯片上分別組裝光學元件和電子元件的技術，并且支持使用更現(xiàn)代的晶體管技術。（圖片來源：Amir Atabaki） 光的吸引力 從電子通信轉向光通信對芯片制造商很有吸引力，因為它可以顯著提高芯片的速度并降低功耗，隨著芯片晶體管數(shù)量的持續(xù)增加，這一優(yōu)勢將變得越來越重要：半導體行業(yè)協(xié)會估計，目前到2040年，計算機的能源需求將超過世界總發(fā)電量。 在同一芯片上集成光學 —或“光子”—和電子元件可進一步降低功耗。光通信設備目前已經進入市場，但它們消耗太多的功率并產生太多的熱量以便被集成到諸如微處理器的電子芯片中。一個商用調制器—將數(shù)字信息編碼成光信號的器件—功耗比研究人員新芯片內置的調制器功耗高10至100倍。 它也占用了10到20倍的芯片空間。這是因為在同一芯片上集成電子和光子技術，使得Atabaki和他的同事能夠使用一種更加節(jié)省空間的調制器設計，該設計基于稱為環(huán)形諧振器的光子器件。 Atabaki解釋說：“我們可以使用光子體系結構，如果沒有集成電子設備，通常就無法使用光子體系結構。例如，現(xiàn)在沒有使用光學諧振器的商業(yè)光學收發(fā)器，因為您需要相當大的電子容量來控制和穩(wěn)定該諧振器�！� Atabaki在“Nature”雜志上的共同第一作者是加州大學伯克利分校的博士生Sajjad Moazeni和科羅拉多大學博爾德分校博士后的Fabio Pavanello。高級作者是麻省理工學院電氣工程和計算機科學教授Rajeev Ram，伯克利電氣工程和計算機科學副教授Vladimir Stojanovic和波士頓大學電子與計算機工程助理教授Milos Popovic。麻省理工學院，伯克利大學，波士頓大學，科羅拉多大學，紐約州立大學奧爾巴尼分校以及Ram，Stojanovic和Popovic幫助成立的集成光子學Ayar 實驗室等12名研究人員也加入了他們的行列。 晶體大小 除了用于執(zhí)行計算的數(shù)百萬個晶體管之外，研究人員的新芯片還包括光通信所需的所有組件：調制器；引導光線穿過芯片的波導； 將不同波長的光分開且每個波長可以攜帶不同的數(shù)據(jù)的諧振器和將輸入的光信號轉換回電信號的光電探測器。 |
