电子/光子芯片“三明治”突破计算和数据传输效率的界限

突破计算和数据传输效率的界限的电子/光子芯片“三明治”

美国加州理工学院和英国南安普敦大学的工程师合作设计了一种与光子学芯片（使用光传输数据）集成的电子芯片 - 创造了一种具有凝聚力的最终产品，能够以超高速传输信息，同时产生最小的热量。

虽然双芯片三明治不太可能进入你的笔记本电脑，但新设计可能会影响管理大量数据通信的数据中心的未来。

每次人们进行视频通话，流式传输电影或玩在线视频游戏时，都会通过数据中心来回路由数据进行处理，11月3日。“美国有2，700多个数据中心，全球有8，000多个数据中心，服务器塔堆叠在一起，以管理每秒进出数千TB数据的负载。

就像笔记本电脑在使用时在您的膝盖上发热一样，数据中心中让我们所有人保持连接的服务器塔也会在工作时升温，只是规模更大。一些数据中心甚至建在水下，以便更容易地冷却整个设施。它们的效率越高，它们产生的热量就越少，最终它们能够管理的信息量就越大。

数据处理是在电子电路上完成的，而数据传输是使用光子学最有效的方式完成的。在每个域中实现超高速都非常具有挑战性，但设计它们之间的接口更加困难。

不仅在数据中心，而且在高性能计算机中，人们还需要提高不同芯片之间的数据通信速度。随着芯片计算能力的扩大，通信速度可能成为瓶颈，尤其是在严格的能源限制下。

为了应对这一挑战，加州理工学院/南安普敦团队从头开始设计了电子芯片和光子学芯片，并共同优化了它们的协同工作。从最初的想法到实验室的最终测试，这个过程花了四年时间才完成，每一个设计选择都会影响两个芯片。

必须同时优化整个系统，从而实现卓越的电源效率，这两个芯片实际上是为彼此而生的，在三维空间中相互集成。

由此产生的两个芯片之间的优化接口允许它们每秒传输100千兆位的数据，同时每个传输位仅产生2.4皮焦耳。与当前最先进的技术相比，这将传输的电光功率效率提高了3.6倍。皮焦耳是焦耳的万亿分之一，它被定义为 1 安培的电流通过 1 欧姆的电阻在一秒钟内释放的能量——或大约 0.24 卡路里。

随着世界变得越来越互联，每个设备都会产生更多的数据，令人兴奋的是，与传统技术相比，这项技术可以在消耗一小部分功率的同时实现如此高的数据速率。