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用光來為計算機提速全光開關(guān)處理器像傳統(tǒng)芯片發(fā)起挑戰(zhàn)

2023-12-29 16:01:12來源：化工儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：計算機閱讀量：1037

　　開關(guān)是我們生活中常見的一種設(shè)施，它可以控制燈光的明暗，可以決定電子產(chǎn)品的運行與停止，我們熟悉的電腦鍵盤、鼠標(biāo)等，上面的按鍵本質(zhì)上也是開關(guān)，甚至在小小的芯片上，也有電子開關(guān)這一重要部件。而且在電子電路普及的今天，正是這些電子開關(guān)，賦予了數(shù)碼產(chǎn)品各式各樣的功能性與可能性。

　　但與此同時，電子開關(guān)受限于本身結(jié)構(gòu)以及原理，在響應(yīng)速度上幾乎已經(jīng)達到了瓶頸，而許多使用了電子開關(guān)的設(shè)備一定程度也受到了影響，其中自然也包括了影響科技發(fā)展的核心零部件——計算機處理器。因此科學(xué)家似乎已經(jīng)開始在開關(guān)上尋求突破。

　　事實上，早在好幾年前，科學(xué)家就已經(jīng)意識到了電子開關(guān)的“時鐘速度”上限(時鐘速度指的是振蕩器設(shè)置的處理器節(jié)拍，也就是由振蕩器產(chǎn)生的每秒脈沖次數(shù)，簡單的說就是衡量處理器打開和關(guān)閉速度的指標(biāo))，并開始尋求突破。而后來，這個突破口被聚焦在了“光”上，并由此發(fā)展出了光學(xué)開關(guān)。

　　光學(xué)開關(guān)是一種具有一個或多個可選擇的傳輸窗口、可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作的器件。由于采用的是光學(xué)元件而不是電子電路，因此光學(xué)開關(guān)無需考慮阻容帶來的影響，這也意味著它能帶來更快的響應(yīng)速度。

　　事實上光學(xué)開關(guān)也確實在這幾年的時間里，展示出了其在芯片領(lǐng)域的價值。而就在最近，美國能源部阿貢國家實驗室和普渡大學(xué)的研究人員成功發(fā)明了一種新型的全光開關(guān)，在光學(xué)開關(guān)領(lǐng)域獲得了新的突破，理論上能夠為數(shù)據(jù)在芯片上的處理和存儲帶來“夸張”的速度提升。

　　根據(jù)相關(guān)報道顯示，研究團隊用兩種不同的材料制作了一種光開關(guān)，每種材料的開關(guān)時間都不同。其中鋁摻雜的氧化鋅制成的開關(guān)時間在皮秒范圍內(nèi)，而等離子體氮化鈦制成的開關(guān)則在納秒范圍內(nèi)(一皮秒等于一萬億分之一秒，一納秒等于十億分之一秒)。這種設(shè)計給開關(guān)帶來了更高的靈活性。依據(jù)相關(guān)研究成果的描述，這種開關(guān)，能夠有效存儲數(shù)據(jù)的同時快速傳輸數(shù)據(jù)，并且雙金屬特性意味其可根據(jù)使用的光波長的不同而實現(xiàn)多種用途。

　　而從目前的研究成果來看，這種全光開關(guān)雖然距離產(chǎn)品化還有很長的距離要走，但是卻在原有光學(xué)開關(guān)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了開拓，為開發(fā)用于增強型光纖通信、光計算和超高速計算技術(shù)等領(lǐng)域的高度適應(yīng)性高效開關(guān)提供了思路，也為更高效率的數(shù)據(jù)傳輸提供了基礎(chǔ)。在如今這個依賴先進計算技術(shù)的大環(huán)境下，如同開拓者鋪墊了發(fā)展的道路。

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