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用光來(lái)為計(jì)算機(jī)提速全光開(kāi)關(guān)處理器像傳統(tǒng)芯片發(fā)起挑戰(zhàn)

2023-12-29 16:01:12來(lái)源：化工儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)閱讀量：952

導(dǎo)讀：最近，美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(kāi)關(guān)，在光學(xué)開(kāi)關(guān)領(lǐng)域獲得了新的突破，理論上能夠?yàn)閿?shù)據(jù)在芯片上的處理和存儲(chǔ)帶來(lái)“夸張”的速度提升。

　　開(kāi)關(guān)是我們生活中常見(jiàn)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(yùn)行與停止，我們熟悉的電腦鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等，上面的按鍵本質(zhì)上也是開(kāi)關(guān)，甚至在小小的芯片上，也有電子開(kāi)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(kāi)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(shí)，電子開(kāi)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(dá)到了瓶頸，而許多使用了電子開(kāi)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(jì)算機(jī)處理器。因此科學(xué)家似乎已經(jīng)開(kāi)始在開(kāi)關(guān)上尋求突破。

　　事實(shí)上，早在好幾年前，科學(xué)家就已經(jīng)意識(shí)到了電子開(kāi)關(guān)的“時(shí)鐘速度”上限(時(shí)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(jiǎn)單的說(shuō)就是衡量處理器打開(kāi)和關(guān)閉速度的指標(biāo))，并開(kāi)始尋求突破。而后來(lái)，這個(gè)突破口被聚焦在了“光”上，并由此發(fā)展出了光學(xué)開(kāi)關(guān)。

　　光學(xué)開(kāi)關(guān)是一種具有一個(gè)或多個(gè)可選擇的傳輸窗口、可對(duì)光傳輸線路或集成光路中的光信號(hào)進(jìn)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(kāi)關(guān)無(wú)需考慮阻容帶來(lái)的影響，這也意味著它能帶來(lái)更快的響應(yīng)速度。

　　事實(shí)上光學(xué)開(kāi)關(guān)也確實(shí)在這幾年的時(shí)間里，展示出了其在芯片領(lǐng)域的價(jià)值。而就在最近，美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(kāi)關(guān)，在光學(xué)開(kāi)關(guān)領(lǐng)域獲得了新的突破，理論上能夠?yàn)閿?shù)據(jù)在芯片上的處理和存儲(chǔ)帶來(lái)“夸張”的速度提升。

　　根據(jù)相關(guān)報(bào)道顯示，研究團(tuán)隊(duì)用兩種不同的材料制作了一種光開(kāi)關(guān)，每種材料的開(kāi)關(guān)時(shí)間都不同。其中鋁摻雜的氧化鋅制成的開(kāi)關(guān)時(shí)間在皮秒范圍內(nèi)，而等離子體氮化鈦制成的開(kāi)關(guān)則在納秒范圍內(nèi)(一皮秒等于一萬(wàn)億分之一秒，一納秒等于十億分之一秒)。這種設(shè)計(jì)給開(kāi)關(guān)帶來(lái)了更高的靈活性。依據(jù)相關(guān)研究成果的描述，這種開(kāi)關(guān)，能夠有效存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)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(zhǎng)的不同而實(shí)現(xiàn)多種用途。

　　而從目前的研究成果來(lái)看，這種全光開(kāi)關(guān)雖然距離產(chǎn)品化還有很長(zhǎng)的距離要走，但是卻在原有光學(xué)開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了開(kāi)拓，為開(kāi)發(fā)用于增強(qiáng)型光纖通信、光計(jì)算和超高速計(jì)算技術(shù)等領(lǐng)域的高度適應(yīng)性高效開(kāi)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(gè)依賴(lài)先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的大環(huán)境下，如同開(kāi)拓者鋪墊了發(fā)展的道路。

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