用于光通信的最大 最快的微观交通警察阵列

加州大学伯克利分校的工程师们已经建造了一种新的光子开关,可以比以往更快,更有效地控制光通过光纤的方向。这种光学“交通警察”有朝一日可以彻底改变信息如何通过数据中心和用于人工智能和其他数据密集型应用的高性能超级计算机。

光子开关内置有超过50,000个微型“灯开关”,每个灯开关指示240个微小光束中的一个在开关打开时向右转,或者在开关关闭时直接通过。240×240的开关阵列被蚀刻到硅晶片中并覆盖仅略大于邮票的区域。

“对于硅开关的第一次,我们正在接近的大交换机,人们只能建立使用大量光学,”明悟,在加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学教授和论文的高级作者,它说 网上出现 在Optica杂志上 。“我们的交换机不仅体积大,而且速度快了10,000倍,因此我们可以用有趣的方式切换数据网络,这是很多人都没有想过的。”

目前,可以同时控制数百个光束的唯一光子开关是用镜子或镜头构建的,必须物理转动以切换光的方向。每个转弯需要大约十分之一秒才能完成,与电子数据传输速率相比,这是一个很长的时间。新型光子开关采用微型集成硅结构构建,可在几分之一秒内打开和关闭,接近高速数据网络所需的速度。

在信息高速公路上的交通警察

数据中心 - 存储在云中保存的照片,视频和文档 - 由数十万台不断发送信息的服务器组成。电气交换机充当交通警察,确保从一台服务器发送的信息到达目标服务器,并且不会在途中丢失。

光子开关使用称为光刻的技术制造,其中每个“光开关”结构被蚀刻到硅晶片中。晶圆上的每个浅灰色正方形包含6,400个这些开关。

但随着数据传输速率的不断提高,我们正在达到电气开关可以处理的极限,吴说。

“电气开关会产生很多热量,所以即使我们可以将更多的晶体管塞进开关,它们产生的热量也开始产生一定的限制,”他说。“行业预计将延续两代以上的趋势,之后,更基本的东西必须改变。有些人认为光学可以提供帮助。“

吴说,服务器网络可以通过光纤连接,光子交换机充当交通警察。光子开关需要的功率非常小,不会产生任何热量,因此它们不会像电气开关那样受到限制。然而,目前的光子开关不能容纳尽可能多的连接并且还受到信号损失的困扰 - 当光通过开关时基本上“调暗”光 - 这使得一旦到达目的地就很难读取编码数据。

在新的光子开关中,光束穿过交叉的纳米薄通道阵列,直到它们到达这些单独的灯开关,每个灯开关都像微观高速公路立交桥一样构建。当开关关闭时,光线直接穿过通道。施加电压会打开开关,降低斜坡,将光线引导到更高的通道,将其旋转90度。另一个斜坡将光线降回到垂直通道。

“这就像一条高速公路斜坡,”吴说。“所有的灯都亮起来,转了90度,然后再往下走。这是一个非常有效的过程,比其他人在硅光子学上的效率更高。正是这种机制使我们能够制造低损耗开关。“

该团队使用一种称为光刻技术的技术将开关结构蚀刻成硅晶片。研究人员目前可以制造240×240阵列的结构 - 240个光输入和240个光输出 - 光损失有限,使其成为有史以来最大的硅基开关。他们正在努力完善他们的制造技术,以创造更大的开关。

“使用体光学器件的大型开关在市场上可以买到,但它们非常慢,因此它们可用于不会过于频繁更换的网络中,”Wu说。“现在,计算机工作速度非常快,所以如果你想要跟上计算机的速度,你需要更快的切换响应。我们的交换机尺寸相同,但速度更快,因此可以在数据中心网络中实现新功能。“

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