（文章來(lái)源：pymath科技）
大約50年前，英特爾的聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）預(yù)測(cè)，計(jì)算機(jī)芯片中封裝的晶體管數(shù)量每?jī)赡昃蜁?huì)翻一番。這個(gè)臭名昭著的預(yù)測(cè)，即摩爾定律，已經(jīng)很好地證明了這一點(diǎn)。英特爾在1970年代初發(fā)布第一個(gè)微處理器時(shí)，它的晶體管剛好超過(guò)2,000個(gè)。如今，iPhone中的處理器已達(dá)數(shù)十億。但是萬(wàn)事都結(jié)束了，摩爾定律也不例外。

充當(dāng)計(jì)算機(jī)腦細(xì)胞的現(xiàn)代晶體管只有幾個(gè)原子長(zhǎng)。如果包裝太緊，可能會(huì)導(dǎo)致各種問(wèn)題：電子交通堵塞，過(guò)熱和奇怪的量子效應(yīng)。一種解決方案是用光連接代替某些電子電路，該光連接使用光子而不是電子來(lái)在芯片周圍傳輸數(shù)據(jù)。但是有一個(gè)問(wèn)題：硅是計(jì)算機(jī)芯片中的主要材料，它的發(fā)光性能很差。

周三，由荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)物理學(xué)家埃里克·巴克斯領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組在《自然》雜志上發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)介紹了他們?nèi)绾沃圃斐瞿軌虬l(fā)光的硅合金納米線。這是物理學(xué)家?guī)资陙?lái)一直在努力解決的問(wèn)題，但巴克斯說(shuō)，他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在利用這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)一種微型硅激光器，這種激光器可以內(nèi)置在計(jì)算機(jī)芯片中。將光子電路集成到傳統(tǒng)的電子芯片上，可以在不提高芯片溫度的情況下實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸和更低的能耗，這對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用特別有用。

“這是一個(gè)巨大的突破，他們能夠證明由硅混合物制成的納米線的發(fā)光，因?yàn)檫@些材料與計(jì)算機(jī)芯片工業(yè)中使用的制造工藝兼容，”帕斯卡德?tīng)柡Ｒ琳f(shuō)，他領(lǐng)導(dǎo)著馬克斯普朗克光科學(xué)研究所的微光學(xué)小組，并不參與研究?！霸谖磥?lái)，這可能使生產(chǎn)結(jié)合光學(xué)和電子電路的微芯片成為可能。”

巴克斯說(shuō)，要想讓硅吐出光子，關(guān)鍵在于它的結(jié)構(gòu)。一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)芯片是建立在一層薄薄的硅片上的。硅是計(jì)算機(jī)芯片的理想介質(zhì)，因?yàn)樗且环N半導(dǎo)體，一種只在特定條件下導(dǎo)電的材料。這種特性允許晶體管作為數(shù)字開(kāi)關(guān)工作，即使它們沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)部件。相反，它們只有在晶體管上施加一定的電壓時(shí)才會(huì)打開(kāi)和關(guān)閉。

在晶圓中，硅原子被排列成立方晶格，允許電子在特定電壓條件下在晶格中移動(dòng)。但它不允許光子發(fā)生類似的運(yùn)動(dòng)，這就是為什么光不能輕易地穿過(guò)硅。物理學(xué)家假設(shè)，改變硅晶格的形狀，使其由重復(fù)的六邊形而不是立方體組成，將允許光子在材料中傳播。但事實(shí)證明，要真正制造出這種六邊形晶格是非常困難的，因?yàn)楣柘胍宰罘€(wěn)定的立方形式結(jié)晶。40年來(lái)，人們一直試圖制造六角硅，但沒(méi)有成功。

巴克斯和他在埃因霍溫的同事已經(jīng)致力于創(chuàng)造一個(gè)六邊形硅晶格大約十年了。他們的部分解決方案涉及使用砷化鎵制成的納米線作為支架來(lái)生長(zhǎng)硅鍺合金制成的具有所需六邊形結(jié)構(gòu)的納米線。在硅中加入鍺對(duì)于調(diào)節(jié)光的波長(zhǎng)和材料的其他光學(xué)性質(zhì)很重要。巴克斯說(shuō)：“這比我預(yù)期的要長(zhǎng)?！拔椅迥昵熬土系綍?huì)在這里，但整個(gè)過(guò)程有很多微調(diào)。”

為了測(cè)試硅合金納米線是否發(fā)光，巴克斯和他的同事用紅外激光對(duì)其進(jìn)行了爆炸，并測(cè)量了在另一邊發(fā)出的紅外光的數(shù)量。當(dāng)紅外光接近激光注入系統(tǒng)的能量時(shí)，巴克斯和他的同事們檢測(cè)到從納米線中流出的能量，這表明硅納米線在傳輸光子方面非常有效。

巴克斯說(shuō)，下一步將使用他們開(kāi)發(fā)的技術(shù)，制造出一種由硅合金制成的微型激光器。巴克斯表示，他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)始了這方面的工作，并可能在年底前有一個(gè)工作硅激光器。之后，下一個(gè)挑戰(zhàn)將是如何將激光與傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)芯片集成。巴克斯說(shuō)：“這將是非常嚴(yán)重的，但也很困難。我們正在集思廣益，想辦法做到這一點(diǎn)。”

不過(guò)，未來(lái)的計(jì)算機(jī)芯片不會(huì)完全是光學(xué)的。在一個(gè)組件（如微處理器）中，使用電子來(lái)移動(dòng)晶體管之間的短距離仍然是有意義的。但是對(duì)于“長(zhǎng)”距離，例如計(jì)算機(jī)的CPU和內(nèi)存之間或晶體管的小簇之間的距離，使用光子而不是電子可以提高計(jì)算速度，同時(shí)減少能量消耗并從系統(tǒng)中散熱。電子必須串行傳輸數(shù)據(jù)，一個(gè)電子必須依次傳輸數(shù)據(jù)，而光信號(hào)則可以在物理上盡可能快的速度（光速）一次在多個(gè)通道上傳輸數(shù)據(jù)。

這項(xiàng)研究著實(shí)使實(shí)用的基于光的計(jì)算又邁出了重要的一步，電子計(jì)算機(jī)芯片已經(jīng)忠實(shí)地滿足了我們的計(jì)算需求了半個(gè)世紀(jì)，但是在我們數(shù)據(jù)緊缺的世界中，是時(shí)候讓處理器達(dá)到飛速發(fā)展的時(shí)候了。
（責(zé)任編輯：fqj）