編譯自Tech Spot作者：Isaiah Mayersen
原文標題：Scientists build the first light-based hardware that competes with silicon
光子處理是未來的未來，它比你想象的更近
導讀：早在2000年3月，AMD就率先推出了1 GHz處理器。英特爾則在2001年8月後不久就用2 GHz的處理器予以反擊，更是在2002年11月推出了第一款達到3 GHz的處理器。經過長達九年的努力，AMD以4GHz的FX-6200進行反擊，而後又花了兩年時間打造出了5 GHz的FX-9590。自那以後的六年裡，從時鐘頻率的角度來看，並沒有多大的進步。
進步的速度正在放緩，在不久的將來，我們將需要一些新的東西以提高性能。比如芯片級的光子計算，即基於光基材料的集成電路。
一個由日本電話電報公司（NTT）資助的科學家團隊在光子技術方面取得了重大突破，光子學硬件第一次具有了與電子硬件相媲美的性能和規格。
在未來的十年內，你可能會看到的利用電子技術處理光信號的光子學技術。例如，一個電信號將到達一個電到光(E-O)設備，把它轉換成光信號；然後，該光信號被傳輸到一個光到電(O-E)設備，該設備將光信號轉換成電信號，該電信號可以被處理或發送到下一個E-O設備。
科學家們所面臨的主要挑戰來自電力需求，光子學處理設備的耗電可能千倍於電子處理並且存在轉換速度的問題，因為每次光信號被轉換成電信號後必須儲存入電容器中，而這個電容器必須充滿並完全放電才能傳遞信號。但到目前為止，建造一個足夠小的電容器以實現快速充放電仍是很有挑戰性的事情。
光纖是大規模光子學應用的一個例子，它幾乎是目前唯一的商業應用。
研究團隊取得了飛躍式的進展，最終使得新技術在性能和功率方面能與傳統的硅基硬件相媲美。
他們能夠製造出一種運行速度為40 Gbps，每比特只需4.2x10-17 焦的電光（E-O）調製器，這意味著它消耗的功率比以前要求最低的實驗設備還少一個數量級，同時擁有更佳的性能，大概每半個電容小10-15法拉。
然後，他們基於同樣的技術建造了一個光接收器(O-E)，它能夠以10 Gbps的速度運行，所用的功率比其他光學系統低兩個數量級，每比特只需1.6x10−15焦耳。這也是第一款不需要放大器（這節省電力）的僅幾飛（10-15）法拉的低容電容這也是第一次不需要放大器(這節省電力)。
將兩者結合起來，他們展示了世界上第一個O-E-O“晶體管”。它可以用作全光開關、波長轉換器和中繼器。令人難以置信的多功能性使得它成為第一個在芯片規模上比電子硬件更優越的應用。研究人員認為，它可以用於核心間的通信並保持緩存的一致性。
科學家們通過開發一種新型光子晶體(一種控制光線的合成絕緣材料)取得了這一突破，它是一塊帶有一串孔的硅片。這些孔被佈置成如果光線穿過它們，便會干擾抵消掉。如果一條洞線被堵塞，那麼光就會沿著這條路走，然後被導入到吸收光的材料中，從而把它轉換成電信號。同樣的系統也在相反的情況下工作，至此，一個基於光電系統的“半導體”材料便能成功取代芯片中現有的硅基半導體材料了。
很難評價這一突破有多令人興奮。到目前為止，光子學在數據中心所扮演的唯一角色是遠距離通信，目標距離從500米到10公里。最近的消息如英特爾400G已經把距離縮小到了室內的規模，至於主板級的應用據說也在研究當中。但是，將光子學應用到芯片規模，並進入消費級市場，毫無疑問在性能方面有了重寫規則的潛力。畢竟，光比電快。
雖然光子技術僅僅是與電子硬件相匹配，但它還處於起步階段，並將迅速提高。儘管如此，芯片規模的光子技術可能還需要十年才能進入公眾手中，但這將是令人興奮的一天。
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