當今數據(ju)中心的(de)需求正以(yi)驚人的(de)速度(du)(du)增長(chang)，需要(yao)重大創新(xin)(xin)才能跟(gen)上。與此同時，隨著摩爾(er)定律即將終結(jie)，傳(chuan)統互補(bu)金屬氧化物半(ban)導體 (CMOS) 技術的(de)縮放和創新(xin)(xin)速度(du)(du)有(you)可(ke)能放緩。
實現現代(dai)數據中(zhong)心(xin)所需創新的(de)(de)一(yi)項有前(qian)途的(de)(de)技術是集成光子學。處于這一(yi)努力的(de)(de)最前(qian)沿的(de)(de)是英特爾(er)，它最近宣布開設(she)一(yi)個全新的(de)(de)集成光子學研(yan)究(jiu)(jiu)中(zhong)心(xin)。 本文將一(yi)窺光子學在數據中(zhong)心(xin)的(de)(de)優勢(shi)，并詳細了解英特爾(er)的(de)(de)新研(yan)究(jiu)(jiu)中(zhong)心(xin)。
數據中心的電氣挑戰
傳(chuan)統上，數(shu)(shu)據(ju)(ju)中心依賴于傳(chuan)統的電(dian)子產品，這(zhe)些(xie)電(dian)子產品與通過銅導體的電(dian)子流(liu)有關。這(zhe)些(xie)電(dian)子設備在歷史(shi)上運(yun)行良(liang)好；然而，它們最近引(yin)起了研究人員的關注，特(te)別是對于數(shu)(shu)據(ju)(ju)密集型(xing)應(ying)用程(cheng)序。
今天的數據中心的物理規模、處理的數據量和(he)所需的數據速(su)率(lv)都顯(xian)著增(zeng)加(jia)。 所有這些因素通(tong)常(chang)導致互連(lian)(lian)電纜更長、工作頻率(lv)更快，以及隨后增(zeng)加(jia)的寄(ji)生阻(zu)抗，明確與(yu)互連(lian)(lian)有關。
電阻和電感寄生阻抗與(yu)頻(pin)率的關系(xi)
圖片由 Hossam Sarhan 和 Mentor 提供
這些寄(ji)生效(xiao)應帶來了有害影響(xiang)，例如(ru)功耗(hao)增加、發熱和互連延遲；隨著對數據中心的(de)需求(qiu)增加，所(suo)有這些只會變得更(geng)糟。
與此(ci)同時，摩爾定律(lv)正在放緩(huan)，這(zhe)意味著(zhu)除此(ci)之外(wai)，電(dian)子性能提升的總(zong)體速度(du)也受到了顯(xian)著(zhu)阻礙。
為什么選擇集成光子學？
研究人員一(yi)直希望通(tong)過(guo)提議使用(yong)集(ji)成(cheng)光子(zi)學來(lai)嘗試和(he)抵消所有這(zhe)些(xie)。 本質上(shang)，在傳(chuan)統電子(zi)學與(yu)電子(zi)通(tong)過(guo)銅導(dao)體的(de)流動有關的(de)地方，光子(zi)學與(yu)通(tong)過(guo)使用(yong)專用(yong)波(bo)導(dao)的(de)光子(zi)（即光）流動有關。
一個集成(cheng)光子(zi)電(dian)路的例子(zi)
圖(tu)片由 Edmund Optics提供(gong)
與數據中心中的電(dian)子產(chan)品相比(bi)(bi)，光子學(xue)具(ju)有多(duo)種優(you)勢。首先，光子作為光，比(bi)(bi)電(dian)子更(geng)接近實(shi)際光速（快 10-100 倍）——這意(yi)味著集(ji)成(cheng)光子學(xue)可以實(shi)現比(bi)(bi)傳(chuan)統電(dian)子學(xue)更(geng)快的數據速率(lv)和更(geng)高的帶寬。
除此(ci)之外(wai)，穿過波導的(de)光(guang)子幾(ji)乎不(bu)會(hui)受到其他光(guang)子的(de)干(gan)擾，總體(ti)上提(ti)高(gao)了 SNR 和信號(hao)完(wan)整性(xing)。最后，集成光(guang)子學(xue)比(bi)傳統電子學(xue)更節(jie)(jie)能，從(cong)而節(jie)(jie)省電力并(bing)提(ti)高(gao)熱性(xing)能。
英特爾的新研究中心
為(wei)了推動集成(cheng)光子(zi)學的發展，英(ying)特爾宣布將開設一個全新的集成(cheng)光子(zi)學研(yan)究中(zhong)心。 新研(yan)究中(zhong)心正式名稱為(wei)英(ying)特爾數據中(zhong)心互連(lian)集成(cheng)光子(zi)學研(yan)究中(zhong)心，將為(wei)數據中(zhong)心開發新的光子(zi)技(ji)(ji)術，主要關(guan)注互連(lian)技(ji)(ji)術。
在此(ci)范圍內，該中心將(jiang)研(yan)究(jiu)的主題包括：
光學 I/O 技術擴展(zhan)和集成(cheng)
CMOS 電路和鏈路架構
包集成
光纖耦合
英特爾已經宣布了(le)幾(ji)名(ming)將加(jia)(jia)入新(xin)研(yan)究中心的(de)研(yan)究人員，他們來自加(jia)(jia)州大(da)(da)學(xue)圣巴(ba)巴(ba)拉分(fen)校、華(hua)盛頓大(da)(da)學(xue)、加(jia)(jia)州大(da)(da)學(xue)伯克利分(fen)校等機構。
推動光子學向前發展
隨著數據中心的規模、速度和(he)容量不(bu)斷(duan)擴大，很明(ming)顯(xian)傳統電子產品將不(bu)再削減它。集成光子技(ji)術有(you)望成為新一代技(ji)術，有(you)助于(yu)克服當今(jin)數據中心面臨的一些嚴峻挑戰。
英特爾(er)的(de)新(xin)研(yan)究中(zhong)心(xin)已(yi)將(jiang)自(zi)己置于這場(chang)潛在(zai)革命的(de)最前(qian)沿(yan)，有望為技術和行業帶來(lai)重(zhong)大推動(dong)。除了Synopsys 的(de)光(guang)子學設(she)計工具 和Cadence 的(de)光(guang)子集(ji)成(cheng)電路(lu) (PIC)等公(gong)司(si)之(zhi)外，這項新(xin)業務還(huan)可(ke)以刺激其他公(gong)司(si)加入光(guang)子學“潮流”。甚至有傳言稱，蘋果(guo)也在(zai)研(yan)究這項技術。
總而言之(zhi)，看看集(ji)成(cheng)光子學將在(zai)哪(na)里以(yi)及如何發展并可(ke)能成(cheng)為主流技術將會很(hen)有趣。
