當今數據中心的需(xu)求正以驚(jing)人的速度增長，需(xu)要重大(da)創(chuang)新(xin)才能跟(gen)上。與(yu)此(ci)同時，隨著摩爾定律即將終結，傳統互補金(jin)屬氧(yang)化物半導體 (CMOS) 技術的縮放和創(chuang)新(xin)速度有(you)可能放緩(huan)。
實(shi)現(xian)現(xian)代數據中(zhong)心所需創新的(de)一(yi)項(xiang)有前途的(de)技(ji)術是集成(cheng)光(guang)子學(xue)。處(chu)于這一(yi)努力(li)的(de)最(zui)前沿的(de)是英特爾(er)，它(ta)最(zui)近(jin)宣布開設(she)一(yi)個(ge)全新的(de)集成(cheng)光(guang)子學(xue)研究中(zhong)心。 本文將一(yi)窺光(guang)子學(xue)在數據中(zhong)心的(de)優(you)勢(shi)，并詳細了解英特爾(er)的(de)新研究中(zhong)心。
數據中心的電氣挑戰
傳(chuan)(chuan)統(tong)上，數(shu)(shu)據中(zhong)心(xin)依(yi)賴(lai)于傳(chuan)(chuan)統(tong)的(de)(de)電(dian)子(zi)產品，這些(xie)電(dian)子(zi)產品與通過銅導體的(de)(de)電(dian)子(zi)流有關。這些(xie)電(dian)子(zi)設備在歷(li)史(shi)上運行良好；然而(er)，它們最(zui)近引起了(le)研究人員的(de)(de)關注，特別是對于數(shu)(shu)據密(mi)集型應用程序。
今天的(de)(de)(de)(de)數據中心的(de)(de)(de)(de)物理規模、處理的(de)(de)(de)(de)數據量和所(suo)需的(de)(de)(de)(de)數據速率都顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)。 所(suo)有這(zhe)些因素通常導(dao)致互連電纜更(geng)長、工(gong)作頻率更(geng)快，以及隨(sui)后(hou)增(zeng)加(jia)的(de)(de)(de)(de)寄生阻抗，明確與互連有關。
電阻和電感(gan)寄生(sheng)阻抗與(yu)頻率的(de)關系
圖片(pian)由 Hossam Sarhan 和 Mentor 提(ti)供
這些寄生(sheng)效應(ying)帶來了有(you)害影響，例如功耗增加、發熱和互連延遲；隨著(zhu)對數據中(zhong)心(xin)的需(xu)求增加，所有(you)這些只會變得(de)更糟。
與此同時，摩(mo)爾定律正在放緩，這意(yi)味著除(chu)此之外，電子性能(neng)提升的(de)總體速度也(ye)受到了(le)顯著阻礙。
為什么選擇集成光子學？
研究人(ren)員(yuan)一直希望通過(guo)(guo)提議使(shi)用(yong)集成光子學來(lai)嘗試和抵消所有這些。 本(ben)質(zhi)上(shang)，在(zai)傳統電(dian)子學與電(dian)子通過(guo)(guo)銅導(dao)體的流動有關的地方，光子學與通過(guo)(guo)使(shi)用(yong)專用(yong)波(bo)導(dao)的光子（即光）流動有關。
一個集(ji)成(cheng)光子電路(lu)的例子
圖(tu)片由(you) Edmund Optics提(ti)供
與數據(ju)中(zhong)心中(zhong)的(de)電子產品相比，光(guang)(guang)子學具有多種優勢。首先(xian)，光(guang)(guang)子作為光(guang)(guang)，比電子更(geng)接(jie)近實際光(guang)(guang)速（快 10-100 倍）——這意味著集(ji)成光(guang)(guang)子學可以實現比傳統電子學更(geng)快的(de)數據(ju)速率和更(geng)高的(de)帶寬。
除此(ci)之(zhi)外(wai)，穿過波導(dao)的光子(zi)幾乎不會受到(dao)其(qi)他光子(zi)的干擾，總(zong)體上提高了 SNR 和信號完整性。最(zui)后(hou)，集成光子(zi)學(xue)比傳統電子(zi)學(xue)更節能，從而(er)節省(sheng)電力并提高熱性能。
英特爾的新研究中心
為(wei)(wei)了推動集成光(guang)(guang)子(zi)學的發展，英特(te)爾(er)宣布將開設(she)一個全新的集成光(guang)(guang)子(zi)學研究中心(xin)。 新研究中心(xin)正式名稱為(wei)(wei)英特(te)爾(er)數(shu)據中心(xin)互連(lian)集成光(guang)(guang)子(zi)學研究中心(xin)，將為(wei)(wei)數(shu)據中心(xin)開發新的光(guang)(guang)子(zi)技術，主要(yao)關注互連(lian)技術。
在此(ci)范圍內(nei)，該中心將(jiang)研究(jiu)的主(zhu)題包(bao)括：
光學 I/O 技術擴展和集成
CMOS 電路(lu)(lu)和(he)鏈路(lu)(lu)架構
包集成
光纖耦合
英特爾已經(jing)宣布了幾名(ming)將加(jia)(jia)入(ru)新研究中心的研究人員，他們來(lai)自加(jia)(jia)州(zhou)大學(xue)(xue)圣(sheng)巴巴拉(la)分校、華盛(sheng)頓大學(xue)(xue)、加(jia)(jia)州(zhou)大學(xue)(xue)伯(bo)克利(li)分校等機構。
推動光子學向前發展
隨著數據(ju)中心(xin)的(de)規模、速度和容量不(bu)斷(duan)擴大，很(hen)明顯傳統電子產品(pin)將不(bu)再削減它(ta)。集(ji)成(cheng)光子技術有望成(cheng)為新(xin)一(yi)代技術，有助于克服當今(jin)數據(ju)中心(xin)面臨的(de)一(yi)些嚴峻挑戰。
英(ying)特爾的(de)新研(yan)究(jiu)中心(xin)已將自己(ji)置(zhi)于這場潛在革(ge)命(ming)的(de)最前沿，有望為技術和(he)行業帶來重大推動。除了Synopsys 的(de)光(guang)子(zi)學設計工具 和(he)Cadence 的(de)光(guang)子(zi)集成電路 (PIC)等公司之外，這項(xiang)新業務還(huan)可以(yi)刺激其他公司加入(ru)光(guang)子(zi)學“潮流”。甚(shen)至(zhi)有傳(chuan)言稱，蘋果也在研(yan)究(jiu)這項(xiang)技術。
總而言(yan)之，看(kan)看(kan)集成光(guang)子學將在(zai)哪(na)里以及如何發展并可能成為主流技術將會很有趣。
