💇🏼 🛩️ 🕖 创建了单芯片电子光学处理器的第一个工作原型 🎃 💇🏽 🚔

欢迎来到iCover博客页面上的读者！科罗拉多大学博尔德分校的研究人员与加利福尼亚大学伯克利分校和麻省理工学院（MIT）的同事合作，开发出了高能效的单芯片电子光学微处理器的第一个可操作原型，这两个内核的RISC-V不会与SRAM存储器交换数据在电气上，但在光学接口上。

2015年12月23日，《自然》杂志上发布了有关这项新技术的详细信息，它将为创建更快，更高效的计算系统和网络基础架构提供可能性。

电气，计算机和动力工程学系副教授米洛斯·波波维奇（Milos Popovic）表示：“采用新原理的集成电路可能会导致从用户智能手机到大型数据中心的各种电子设备的计算能力和架构发生根本性变化。”科罗拉多大学博尔德分校的工程学和该研究的合著者，与拉杰团队一起证实了发展的理论原理麻省理工大学电子学教授Willow Rama。

电传输数据的速度和数量在物理上受到诸如带宽和功率密度等参数的限制，这成为所有现代计算机系统的半导体微电路的瓶颈。但是，如果使用基于在单个硅晶体上制造的电子光学芯片的光通信，则可以消除这些限制。同时，直到最近，由于生产能力的限制，仅允许在最简单的方案中组合光学和电气设备，因此单芯片芯片内的这种串联很难实施。

一群科学家宣布了首款光电芯片，通过提出一项技术，该技术可以克服现有的功能障碍，该技术可以集成多达7000万个晶体管和多达850个具有逻辑，存储器和连接元件功能的光学输入/输出组件。该芯片在GlobalFoundries的工厂生产，该工厂使用绝缘体上硅（SOI）技术。在硅预制棒中的玻璃薄层上创建了光波导。玻璃和硅的折射率之差将光保留在波导中。金属沉积在环形光学元件-环形谐振器的内部。在那里它不与通过甜甜圈外部的光发生相互作用，但是，当施加电压时，它可以改变谐振器的光学特性，或记录光信号的变化，将光学信息转换为电子形式。

建立在环形谐振器上的光传感器具有很高的灵敏度，可以将传输信息位的能量成本降低到1.3皮焦耳，即使在最短的距离下，它也比全电子芯片的能量消耗低10倍。因此，该解决方案的主要优势之一是显着降低了能耗。 “ ...我们技术的优势在于它的紧凑性：红外光的波长小于1微米，是人发厚度的1/100。这将使我们能够创建有效的超高密度电路，从而不断提高产量……”-Popovich说。

所提出的技术支持与芯片外部的单个数据交换系统的外部组件进行通信的能力，而无需使用其他光学设备。下图显示了具有光学锥形接入点的单芯片芯片的示例实现。

具有传统晶体管和二极管的

“ 附近”光学数据传输系统的片段“基于光的数据传输的优势之一是能够同时广播使用不同颜色（波长）的光编码的多个并行数据流。 “就像通过光纤电缆组织Internet通道时发生的情况一样，它可以与芯片上或芯片外的同一根光纤连接在一起，” Milos Popovic说。

在当前版本中，创新的处理器原型支持不那么快的45纳米CMOS SOI处理技术，同时提供每秒300吉比特/平方毫米的数据传输密度，这比所展示的微处理器高出10到50倍。在现代市场上。每个光通道的要求带宽为2.5 Gb / s。根据开发人员的说法，这些值已经在当前原型的基础上实现。芯片尺寸为3-6 mm，可以克服大型下一代集成电路的计算需求与其中集成的芯片功能之间的矛盾，同时在单个芯片上保留传统电路的所有功能特性。

加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学副教授，发明的共同负责人弗拉基米尔·斯托亚诺维奇说：“我们的开发是第一个使用光与外界通信的处理器。”据研究人员称，这项新技术将光和电子电路结合在一个芯片上，可以自然地集成到现有的生产过程中，并可以以最小的成本迅速掌握大规模商业生产。

科罗拉多大学的团队代表，本发明的合著者之一马克·韦德说：“我们描述并通过实验证明了使用相同的材料和工艺流程来制造将光学和电气设备组合在单个芯片上的电路的可能性。” “这将使我们能够开发复杂的电子光学系统，从而解决当今在传输大量数据时出现的所谓的”瓶颈问题”。为了进一步成功进行项目开发，团队创建了两家具有不同组织任务的初创公司。SiFive引入了实验芯片中使用的RISC-V开放式体系结构，而Ayar Labs则专注于光子互连技术。

根据Nature网站上该项目的正式发布，在我们实验室中创建的芯片可以作为制造现有微处理器的标准制造过程的一部分进行制造。这为基于新架构的新功能的有前途的计算系统的“电子光学芯片化”打开了广阔的前景。著名的DAPRA机构在开发中提供了支持。

资料来源：

科罗拉多博尔德自然大学网站

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创建了单芯片电子光学处理器的第一个工作原型

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