美国加州大学伯克利分校开发出最大最快的硅光子开关

导读

据美国加州大学伯克利分校官网近日报道，该校工程师开发出一种新型光子开关，它能比以往更快、更有效地控制光线通过光纤的方向。有朝一日，这种光学“交警”将会彻底改变信息在数据中心和高性能超级计算机中的传输方式。

背景

数据中心是云端的图片、视频、文件存储的地方。它由数十万台服务器组成，这些服务器不断地来回发送信息。

欧洲核子研究组织（CERN）的数据中心（图片来源：维基百科）

电气开关扮演着“交警”的角色，确保从一台服务器发送的信息能到达目标服务器，而不会在途中丢失。但是随着数据传输速率的不断增长，电气开关已经达到了它的处理极限。电气开关产生的热量非常大，即便向一个开关上塞进更多的晶体管，它们产生的热量也会开始造成一定的限制。业界预计，这种趋势可能还会延续两代。之后，一些更根本的东西必须被改变。某些人认为光学会起到帮助作用。

创新

近日，美国加州大学伯克利分校（UC Berkeley）的工程师们开发出一种新型光子开关，它能比以往更快、更有效地控制光线通过光纤的方向。有朝一日，这种光学“交警”将会彻底改变信息在数据中心和高性能超级计算机中的传输方式，这些高性能超级计算机可应用于人工智能和其他数据密集型应用。

相关论文于4月11日在线发表在《Optica》期刊上。

技术

光子开关是由5万多个微型“光开关”构成，每个“光开关”都能引导240束微型光束中的一束。当开关打开时，光线向右转；当开关关闭时，光线直接通过。240乘240的开关阵列蚀刻到硅晶圆中，占据的面积仅比一枚邮票略大一点。

（图片来源：Younghee Lee）

加州大学伯克利分校电气工程与计算机科学系教授、这篇论文的高级作者吴明(音）表示：“在一个硅开关中，我们首次接近了只能采用体光学来构造的大型开关。我们的开关不仅大，而且速度快1万倍。因此，我们可以用很多人都没想到的有趣方法来切换数据网络。”

目前，可同时控制数百束光的光子开关，只能由镜子或者透镜组成。这些镜子或者透镜必须通过物理方法转向，才能切换光线的方向。每次转向需要十分之一秒才能完成，与电子数据传输速率相比，这个时间很漫长。然而，这种新型光子开关，由微型集成硅结构制成，可在几分之一微秒的时间内开关，接近高速数据网络应用所必需的速度。