用于光通信的最大 最快的微觀交通陣列

加州大學(xué)伯克利分校的工程師們已經(jīng)建造了一種新的光子開關(guān)，可以比以往更快，更有效地控制光通過光纖的方向。這種光學(xué)“交通”有朝一日可以徹底改變信息如何通過數(shù)據(jù)中心和用于人工智能和其他數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的高性能超級計算機。

光子開關(guān)內(nèi)置有超過50,000個微型“燈開關(guān)”，每個燈開關(guān)指示240個微小光束中的一個在開關(guān)打開時向右轉(zhuǎn)，或者在開關(guān)關(guān)閉時直接通過。240×240的開關(guān)陣列被蝕刻到硅晶片中并覆蓋僅略大于郵票的區(qū)域。

“對于硅開關(guān)的第一次，我們正在接近的大交換機，人們只能建立使用大量光學(xué)，”明悟，在加州大學(xué)伯克利分校電氣工程和計算機科學(xué)教授和論文的高級作者，它說 網(wǎng)上出現(xiàn) 在Optica雜志上 。“我們的交換機不僅體積大，而且速度快了10,000倍，因此我們可以用有趣的方式切換數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，這是很多人都沒有想過的。”

目前，可以同時控制數(shù)百個光束的唯一光子開關(guān)是用鏡子或鏡頭構(gòu)建的，必須物理轉(zhuǎn)動以切換光的方向。每個轉(zhuǎn)彎需要大約十分之一秒才能完成，與電子數(shù)據(jù)傳輸速率相比，這是一個很長的時間。新型光子開關(guān)采用微型集成硅結(jié)構(gòu)構(gòu)建，可在幾分之一秒內(nèi)打開和關(guān)閉，接近高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)所需的速度。

在信息高速公路上的交通

數(shù)據(jù)中心 - 存儲在云中保存的照片，視頻和文檔 - 由數(shù)十萬臺不斷發(fā)送信息的服務(wù)器組成。電氣交換機充當交通，確保從一臺服務(wù)器發(fā)送的信息到達目標服務(wù)器，并且不會在途中丟失。

光子開關(guān)使用稱為光刻的技術(shù)制造，其中每個“光開關(guān)”結(jié)構(gòu)被蝕刻到硅晶片中。晶圓上的每個淺灰色正方形包含6,400個這些開關(guān)。

但隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提高，我們正在達到電氣開關(guān)可以處理的極限，吳說。

“電氣開關(guān)會產(chǎn)生很多熱量，所以即使我們可以將更多的晶體管塞進開關(guān)，它們產(chǎn)生的熱量也開始產(chǎn)生一定的限制，”他說。“行業(yè)預(yù)計將延續(xù)兩代以上的趨勢，之后，更基本的東西必須改變。有些人認為光學(xué)可以提供幫助。“

吳說，服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)可以通過光纖連接，光子交換機充當交通。光子開關(guān)需要的功率非常小，不會產(chǎn)生任何熱量，因此它們不會像電氣開關(guān)那樣受到限制。然而，目前的光子開關(guān)不能容納盡可能多的連接并且還受到信號損失的困擾 - 當光通過開關(guān)時基本上“調(diào)暗”光 - 這使得一旦到達目的地就很難讀取編碼數(shù)據(jù)。

在新的光子開關(guān)中，光束穿過交叉的納米薄通道陣列，直到它們到達這些單獨的燈開關(guān)，每個燈開關(guān)都像微觀高速公路立交橋一樣構(gòu)建。當開關(guān)關(guān)閉時，光線直接穿過通道。施加電壓會打開開關(guān)，降低斜坡，將光線引導(dǎo)到更高的通道，將其旋轉(zhuǎn)90度。另一個斜坡將光線降回到垂直通道。

“這就像一條高速公路斜坡，”吳說。“所有的燈都亮起來，轉(zhuǎn)了90度，然后再往下走。這是一個非常有效的過程，比其他人在硅光子學(xué)上的效率更高。正是這種機制使我們能夠制造低損耗開關(guān)。“

該團隊使用一種稱為光刻技術(shù)的技術(shù)將開關(guān)結(jié)構(gòu)蝕刻成硅晶片。研究人員目前可以制造240×240陣列的結(jié)構(gòu) - 240個光輸入和240個光輸出 - 光損失有限，使其成為有史以來最大的硅基開關(guān)。他們正在努力完善他們的制造技術(shù)，以創(chuàng)造更大的開關(guān)。

“使用體光學(xué)器件的大型開關(guān)在市場上可以買到，但它們非常慢，因此它們可用于不會過于頻繁更換的網(wǎng)絡(luò)中，”Wu說。“現(xiàn)在，計算機工作速度非?？?，所以如果你想要跟上計算機的速度，你需要更快的切換響應(yīng)。我們的交換機尺寸相同，但速度更快，因此可以在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)新功能。“