“光脑”的光明的未来

coredump

原作者：
来源Optical computing\'s bright future: Light without logic | The Economist
译者somer
经济学人：“光脑”的光明的未来

光学设备最终可以应用在电子计算机内部

                               
登录/注册后可看大图

圣经说：“神就是光。”光同样也是计算机发展的灵感源泉。自从20世纪80年代末第一个光学晶体管开发出来，研究人员们就有一个梦想——建造一台光学计算机（或称“光脑”）。然则要想在这方面有所突破已经被证实很难。不过，现在新的科学发展表明光学技术开始出现在电子计算机内部。全光学计算机仍然是一个梦想，但是选择光学组件把它们运用到电子机算机上有时更加精妙。

电子在铜线内传播，产生了现在电脑的运行方式。用光代替电子的优势很明显。光子是宇宙中速度最快的东西，每秒达30万公里，所以理论上光学机算机可以高速的处理信息，即使超级电子计算机也是望尘莫及。但是到目前为止，光学技术受电信网络和数据中心一些线缆的限制。光子是长距离传输信息的理想的介质。它们在光缆中快速运行，几乎没有什么损耗，并且光束之间可以互相穿越，互不干扰（这就是不同颜色的光线可以在同一条光缆中传播的原因）。

但是在每一条光缆的终端，光信号必须转换成电子计算机用来处理信息电信号，或者从电信号转换成光信号。完成这些转换的元件非常昂贵。这对于整个网络也许没什么，它可以把成本分担到很多的用户身上。但是这些昂贵的成本阻止了光数据连接在个人电脑和服务器上的应用。现在这种情况可能会有所改变，因为电子配线的能力越来越跟不上电子计算机系统的发展，对像打印机、硬盘和显示器这些外围设备要求越来越高；网络运行越来越快；最重要的是处理器的运算能力以指数方式持续增长。所有这些组件之间的“相互联系”正在努力跟上脚步。在这方面，业内一些超级大公司不断有新的光学替代方案涌现出来。

英特尔公司开发出的“光峰”是这些互联方案中的一个。它可使普通电脑用高速的光学电缆与其它设备相联，其速度可高达10Gb/S，比标准USB数据线传输速度快20倍。这就意味着这些光缆可以驱动高清晰的显示器，或者在数秒之内传完一个电影。英特尔光子实验室的负责人马里奥·帕尼西卡（Mario Paniccia）预测“光峰”将使光学连接像无线传输一样无处不在，并且可以推动需求更强大的处理器，这正是英特尔的优势所在。

英特尔不需要发明任何新东西，它只要想办法使电子信号和光信号之间的相互转换更小巧便宜。除了开发简单、便宜的芯片，英特尔还在寻找方法快速组装和测试各种组件，并且和一些供应商签订合同，希望能够在明年开始大批量的生产。

惠普公司关心的是保持他们服务器的竞争力：他们的用于布线的电缆越来越笨重，数据中心的冷却变得更加困难，电能需求日益增长。于是他们开发了一种光学产品替换他们的“支架”服务器之间相互连接。惠普没有用光缆，而是应用了光波导——数条塑料细丝包以高反光的金属薄膜。同样用这种技术来转换光也不是什么新事物，不过惠普的研究人员设法利用类似于大量生产CD的注入成型系统大大降低了制作光波导的成本。

在IBM公司，研究人员利用光学互联使超级计算机运行更快。IBM研究所的波特·奥弗林（Bert Offrein）解释说，为了加速传输数据流需要在信息处理之后就近将电子转换成光子。基于这个原因，光缆被直接连接到的芯片上，用来承载超级计算机的多个处理器间的通信。

根据现有的技术，类似在电子计算机各个组件之间光学互联的应用，并不会很快出现在简陋的家庭和办公室的个人电脑上。现在还很难制作出简便、便宜的组件，能与铜线展开竞争。但是一项叫做“硅光子”的技术显示了应用的光学互联的美好前途。它采用与制作处理器芯片和其它集成电路相类似的方法。

硅取材方便，是一种制作光学设备很不错的材料。惠普实验室的研究人员最近成功的在一块平坦的硅片上刻蚀图案，使它能像汤勺一样可以聚焦光线，惠普实验室的雷蒙德·博索尔（Raymond Beausoleil）说。他表示这个成果可以用来改进激光器，替代DVD播放器上昂贵的镜头和其它的消费产品。

IBM已经利用硅开发出一种快速并且极薄的光电检测器，可以把光信号转换成电信号。而英特尔也已经开发出一个由硅制成的微型光学设备的整体套件，希望有一天能够联接到其它光学芯片上，例如光波导和激光器。但是英特尔的套件缺少一个重要的组成部分：在计算机中心进行逻辑操作的光学等效晶体管。

对斯坦福大学光子研究中心的大卫·米勒来说，这个缺失并不令他吃惊。他说，光学晶体管与电子晶体管相比还将渡过一个艰难的过程，尤其是还没有找到获得一致认可的制造光学晶体管的最佳的方法。虽然已经有许多制作光学晶体管的技术现在经常在实验室里出现。但是利用光来处理信息还很复杂，要求有合适的材料和需要有比传统晶体管能力更强的激光器。此外，小形化也并不那么轻松，特别是激光器很难做的像电子晶体管那么小。因此大规模生产光学处理器还有很远的路要走。但是至少在电子计算机上应用光学传输已经迈出了第一步。