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用光來為計算機提速 全光開關處理器像傳統芯片發起挑戰
2023年12月28日 11:40:08
來源：化工儀器網 點擊量：5513
開關是我們生活中常見的一種設施，它可以控制燈光的明暗，可以決定電子產品的運行與停止，我們熟悉的電腦鍵盤、鼠標等，上面的按鍵本質上也是開關，甚至在小小的芯片上，也有電子開關這一重要部件。而且在電子電路普及的今天，正是這些電子開關，賦予了數碼產品各式各樣的功能性與可能性。
【化工儀器網 行業百態】開關是我們生活中常見的一種設施，它可以控制燈光的明暗，可以決定電子產品的運行與停止，我們熟悉的電腦鍵盤、鼠標等，上面的按鍵本質上也是開關，甚至在小小的芯片上，也有電子開關這一重要部件。而且在電子電路普及的今天，正是這些電子開關，賦予了數碼產品各式各樣的功能性與可能性。
但與此同時，電子開關受限于本身結構以及原理，在響應速度上幾乎已經達到了瓶頸，而許多使用了電子開關的設備一定程度也受到了影響，其中自然也包括了影響科技發展的核心零部件——計算機處理器。因此科學家似乎已經開始在開關上尋求突破。
事實上，早在好幾年前，科學家就已經意識到了電子開關的“時鐘速度”上限(時鐘速度指的是振蕩器設置的處理器節拍，也就是由振蕩器產生的每秒脈沖次數，簡單的說就是衡量處理器打開和關閉速度的指標)，并開始尋求突破。而后來，這個突破口被聚焦在了“光”上，并由此發展出了光學開關。
光學開關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換或邏輯操作的器件。由于采用的是光學元件而不是電子電路，因此光學開關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速度。
事實上光學開關也確實在這幾年的時間里，展示出了其在芯片領域的價值。而就在最近，美國能源部阿貢國家實驗室和普渡大學的研究人員成功發明了一種新型的全光開關，在光學開關領域獲得了新的突破，理論上能夠為數據在芯片上的處理和存儲帶來“夸張”的速度提升。
根據相關報道顯示，研究團隊用兩種不同的材料制作了一種光開關，每種材料的開關時間都不同。其中鋁摻雜的氧化鋅制成的開關時間在皮秒范圍內，而等離子體氮化鈦制成的開關則在納秒范圍內(一皮秒等于一萬億分之一秒，一納秒等于十億分之一秒)。這種設計給開關帶來了更高的靈活性。依據相關研究成果的描述，這種開關，能夠有效存儲數據的同時快速傳輸數據，并且雙金屬特性意味其可根據使用的光波長的不同而實現多種用途。
而從目前的研究成果來看，這種全光開關雖然距離產品化還有很長的距離要走，但是卻在原有光學開關的基礎上實現了開拓，為開發用于增強型光纖通信、光計算和超高速計算技術等領域的高度適應性高效開關提供了思路，也為更高效率的數據傳輸提供了基礎。在如今這個依賴先進計算技術的大環境下，如同開拓者鋪墊了發展的道路。
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