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2000年3月，AMD首次推出了時鐘頻率超過1 GHz的處理器；2001年8月，英特爾將其推向了2 GHz，并于2002年11月首次突破3 GHz。而作為回擊，AMD經(jīng)過長達9年的技術積累之后憑借著強大的FX-6200率先突破4 GHz，又過了兩年在2013年推出了5 GHz的FX-9590。

當前處理器性能的增長已經(jīng)放緩，未來需要注入新的動力來驅動發(fā)展。而這個新動力可能就是芯片級的光子計算，這是一種基于光的硬件總成，有望大幅提升性能。由日本電報電話公司（Nippon Telegraph and Telephone Corporation）贊助的科學團隊近日在光子技術領域取得了巨大突破，讓光子硬件首次具備了媲美電子硬件的性能和規(guī)格。

未來10年你將會看到各種光學上的突破性應用，包括利用光來傳輸信息，然后讓電子硬件進行處理。例如，電信號將會通過Electric to Optic (E-O)設備轉換為光，然后通過光傳輸之后再在Optic to Electric (O-E)設備中將光轉換成為電流，而該電流可以被處理或者發(fā)送到下個E-O設備中。

目前科學家面臨的主要挑戰(zhàn)就是功率要求，以光形態(tài)發(fā)送所需要的功率是電信號的1000多倍，而且在傳輸速度上也存在限制，因為每次光被吸收之后都需要進入到容器中進行轉換。而且該容器必須要在完成填滿并完全放電才能通過信號，但到目前為止，構建一個足夠小的電容器以實現(xiàn)快速轉發(fā)是非常具有挑戰(zhàn)性的。

而科學團隊在光學領域實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，最終在性能和功耗方面達到了媲美傳統(tǒng)硅硬件的要求?？蒲袌F隊創(chuàng)建了運行速率為40 Gbps的電光調制器（E-O），每bit僅42個焦耳，這意味著它的耗電量比以前的最佳實驗要低一個數(shù)量級，大約半個容器為微法拉(femtofarad)。

然后，他們構建了一個基于相同技術的光接收器（O-E），并且能夠以比其他光學系統(tǒng)低兩個數(shù)量級的功率運行在10 Gbps，每bit只有1.6毫微焦耳。它也是第一個不需要放大器（節(jié)省功率）并且只需幾兆法拉就具有低電容的產(chǎn)品。

在兩者的基礎上，科研團隊展示了全球首個 O-E-O 晶體管，它可以用作全光開關，波長轉換器和中繼器。令人難以置信的多功能使其成為首款在芯片級上超過電子硬件的設備。研究人員建議它可以用于核心間通信并維持緩存一致性。

科研團隊通過開發(fā)一種新型光子晶體（一種控制光線的合成絕緣材料）來實現(xiàn)這一突破的，它是一塊硅片，上面鉆有一堆孔。這些孔的排列使得如果光線穿過它們會自己干擾，從而導致它被抵消。如果一條孔被阻擋，那么光就會跟隨路徑并被聚集成光吸收材料，將其轉換為電流。同樣的系統(tǒng)也可以反向運行。

*免責聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個人觀點，半導體行業(yè)觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業(yè)觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導體行業(yè)觀察。