光網絡的未來 讓電腦邊「光腦」

2020-11-23 OFweek光電新聞網

  2010年10月27日消息,電子計算的密度正在接近極限,要提高運算速度開始變得越來越困難,也許讓電腦變成光腦時代正在到來。

  2010年7月,英特爾公司在美國加州聖克拉拉宣布了一項重大技術進步——使用光束替代電子在計算機內部及周邊進行數據傳輸,這也就意味著英特爾開發出了世界上首個集成了雷射器的矽基光電數據聯結系統研究原型。與目前的銅纜技術相比,它可以實現更長距離的數據傳輸以及數倍的速度提升,每秒可傳輸高達50GB的數據——相當於一部完整的高清電影,這也許將徹底改變未來計算機的設計方式及數據中心的架構方式。

  1880年,亞歷山大.貝爾曾經發明過光話,以陽光為光源,以空氣為介質,以硒晶體為接收器,通話距離超過兩百米。看起來像是不錯,但是能夠支持更長通信距離的電話出現後,這種通信方式就被人們遺棄了。

  在接近一個世紀之後,它們捲土重來。上個世紀60年代初,人們終於開發出實用的雷射器,遠距離的光通信也開始慢慢向我們走來。現在我們已經有了光纖構成的網際網路主幹,而在未來的十年之內,我們也許能夠看到更多更快的光通信設備,例如安裝在計算機內部的光纜線路、利用可見光傳輸數據的區域網,甚至是使用光而非電子來傳遞信號的光腦。

  世界的神經系統用一根筷子斜插進一碗水中,就會看到筷子像是奇怪地彎折了。這是因為在不同密度的透明介質邊界處,光會產生折射和反射。人們從19世紀就開始試圖利用這種原理讓光線可以在玻璃中傳遞信息,但是直到1966年,才開始有了實質性的進展。那一年7月,來自國際電報電話公司英國標準通信研究所一位年輕博士的論文終結了這一困境。在那篇名為《光頻率的介質纖維表面傳導》的論文中,時年33歲的高錕博士列舉了在長距離和大容量信息傳輸的情況下,介質所必需的結構和材料特徵,認為如果要降低耗散,則應在材料、純度以及折射率上進行相應的調整,並且給出了詳細的計算過程和數據。四年之後,康寧玻璃公司終於通過化學氣相沉積法製造出了符合要求的材料,今天這種名為光纖的玻璃纖維,已經延伸到世界上的大多數地區,讓人們傳遞的消息瞬間可達。而高錕博士也因為這樣的貢獻,和其他兩位物理學家一起分享了2009年的諾貝爾物理學獎。

  今天我們所使用的光纖,依然是基於高錕博士的研究而設計的。用於長距離傳輸的單模光纖僅比頭髮粗一倍,卻可以承載每秒鐘數千兆乃至十萬兆字節的數據,並且將之傳遞到數百公裡以外的地方;而用於短距離的多模光纖更粗一些,成本低而傳輸距離和帶寬也要更少。中國網際網路信息中心在今年7月份發布的《中國網際網路發展狀況統計報告》中提供的數據表明,現在我國與其他國家之間的連接已經達到了974G位,每秒鐘可以傳遞30部數字版的《大不列顛百科全書2010版》。

  雖然已經夠快,但是人們追求更多的欲望永遠不會被滿足,更多的光通信設備正在開發之中。英特爾發布的集成雷射器的矽晶片級雷射發射和接收器,能夠穩定實現每秒50G位的數據傳輸。這種技術能夠在一塊矽片上一次製造數千個雷射器,讓過去這類器件的高昂成本降低到可以廣泛使用的程度,讓計算機之間甚至計算機內部的數據傳輸也可以通過細如髮絲的光纖連通,大量數據瞬間即可傳輸完畢。

  在城市之間的骨幹網絡方面,日本電信公司KDDI的研發實驗室和日本國立信息與通信研究院合作,在去年9月已經開發出了傳輸帶寬能夠達到每秒鐘30T位的光纖電纜,是現在最高光纖速度的10倍。如果一部DVD電影的容量是4.4GB的話,這意味著這種新型電纜可以在一秒種的時間內傳遞850部以上的電影,並且能夠在240公裡遠的距離上依然保證信息的完整。日本計劃在2012年將主要城市之間的光纖連接都換成這種新產品,就像是把小水管擴成一條河流。在這種時候,拖慢信息傳遞速度的瓶頸將不再是傳輸介質,而會轉移到中繼器、交換機和路由器上。這些是如今通信所必需的設備,就像是我們的傳統郵局一樣。投進郵筒的信件會被收集到郵局,然後再根據不同的目標地點打包運送,在到了目的地之後會被分揀,然後再分發到收件人的信箱當中。光纖相當於火車或者飛機這樣的交通工具,中繼器相當於燃料,路由器相當於選擇最合適的傳送路徑,而將我們的信息發出而收集、分揀的工作就需要由交換機來完成。

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