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电子/光子三明治芯片:突破计算和数据传输效率的界限

2022-11-21 17:04:01 加州理工学院 阅读:
加州理工学院和英国南安普敦大学的工程师合作设计了一种与光子芯片(使用光传输数据)集成的电子芯片,能够以超高速传输信息,同时产生最小的热量。

加州理工学院和英国南安普敦大学的工程师合作设计了一种与光子芯片(使用光传输数据)集成的电子芯片,能够以超高速传输信息,同时产生最小的热量。kHoednc

虽然这种三明治形式的双芯片不太可能进入你的笔记本电脑,但新设计可能会影响管理大量数据通信的数据中心的未来。kHoednc

“每次你进行视频通话、流式传输电影或玩在线视频游戏时,都会通过数据中心来回路由数据进行处理,”加州理工学院研究生Arian Hashemi Talkhooncheh说,他是这篇描述双芯片创新论文的主要作者,该论文于11月3日发表在IEEE固态电路杂志上。kHoednc

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数据显示,美国有2700多个数据中心,全球有8000多个数据中心,服务器塔堆叠在一起,以管理每秒进出数千TB数据的负载。kHoednc

就像笔记本电脑在使用时发热一样,数据中心的服务器塔也会在工作时升温,只是规模更大。一些数据中心甚至建在水下,以便更容易地冷却整个设施。它们的效率越高,它们产生的热量就越少,最终它们能够管理的信息量就越大。kHoednc

数据处理是在电子电路上进行的,而数据传输最有效的方法是使用光子学。在每个领域实现超高速是非常有挑战性的,但是设计它们之间的接口就更困难了。kHoednc

不仅在数据中心,而且在高性能计算机中,人们不断需要提高不同芯片之间的数据通信速度。随着芯片计算能力的扩大,通信速度可能成为瓶颈,尤其是在严格的能源限制下。kHoednc

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三明治芯片:一个电子芯片(顶部较小的芯片)与一个光子学芯片集成在一起kHoednc

为了应对这一挑战,加州理工学院/南安普敦团队从头开始设计了电子芯片和光子学芯片,并共同优化了它们以协同工作。从最初的想法到实验室的最终测试,这个过程花了四年时间才完成,每一个设计选择都会影响两个芯片。kHoednc

“我们必须同时优化整个系统,从而实现卓越的电源效率,”Hashemi 说。“这两个芯片实际上是为彼此而生的,在三维空间中相互集成。kHoednc

两个芯片之间的优化接口允许它们每秒传输100G的数据,同时每传输一位只产生2.4皮焦焦耳。与目前最先进的技术相比,这使传输的电光功率效率提高了3.6倍。皮约尔是焦耳的万亿分之一,它是指1安培的电流通过1欧姆或约0.24卡路里的电阻在一秒钟内释放的能量。kHoednc

论文题目是“A 100Gb/s PAM4 Optical Transmitter in A 3D-Integrated SiPh-CMOS Platform Using Segmented MOSCAP Modulators.”;Demi Xia编译kHoednc

责编:Demi
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