美研新型處理器效率更高

芯片是人類信息技術史上的一次變革性突破。由於電子開關的限制，傳統的電腦處理器幾乎已經達到了“時鐘速度”的上限。時鐘速度是衡量處理器打開和關閉速度的指標。美國能源部阿貢國家實驗室和普渡大學的研究人員日前發明了一種新型的全光開關，這種開關用光而不是電來控制資料在芯片上的處理和存儲方式。

研究人員表示，從本質上講，芯片是通過利用半導體材料的物理特性來實現對承載信息的微觀粒子（電子或光子等）的操控，進而實現信息生成、傳輸、處理、存儲等的一種關鍵技術。電子芯片是利用電子來生成、處理和傳輸信息的，光子芯片則是利用光子來生成、處理、傳輸並顯示信息的。以前的幾代光學開關都有固定的開關時間，這些時間在製造時就被限定到了設備中。此次，研究團隊用兩種不同的材料製作了一種光開關，每種材料的開關時間都不同。一種材料（鋁摻雜的氧化鋅）的開關時間在皮秒範圍內；另一種材料（等離子體氮化鈦）的開關時間在納秒範圍內，是前者時間的一百多倍。

研究人員表示，當使用光學元件而不是電子電路時，沒有阻容延遲。這意味着，理論上他們能以比傳統電腦芯片快一千倍的速度操作這些芯片。一般而言，常規計算機的芯片晶體管會通過在兩種電狀態之間切換來將資料表示為一或零，進而執行各種邏輯運算，為複雜的軟件提供算力。而在光芯片可以將數字或模擬信號編碼在光的相位或強度上，光在芯片中傳播的同時完成計算，運算速度比普通電腦要快很多。

根據研究人員的說法，不同材料切換時間的差異意味着開關可更靈活，在有效存儲資料的同時快速傳輸資料。開關的雙金屬特性意味着，它可根據使用的光波長的不同而有多種用途。在實驗配置中，開關材料起到吸收或反射光的作用，具體取決於工作波長。當被光束啟動時，它們就會切換狀態。

控制全光開關的速度對於優化其在各種應用中的性能至關重要。這些發現為開發出具有高度適應性的高效開關，用於增強型光纖通信、光計算和超高速計算技術等領域帶來了希望。調整開關速度的能力，還使人們有能力進一步彌合光通信和電子通信之間的差距，從而實現更快、更高效的資料傳輸。這項研究為從根本上理解全光開關提供了寶貴的見解，並為設計先進的計算和電信設備鋪平了道路。

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