[矽晶片][新知]英特爾矽光計畫
英特爾矽光計畫
英特爾去年在著名的Nature自然雜誌發表論文，表示他們開發出全世界第一套能驅動連續光波的雷射技術，而且是作在矽晶片上，這表示英特爾可以有效降低雷射發射器的成本，並且將完整的光元件整合至技術成熟、成本低廉的矽晶片上。在今年的英特爾技術論壇上...
未來10年更自然、人性化的運算環境
英特爾去年在著名的Nature自然雜誌發表論文，表示他們開發出全世界第一套能驅動連續光波的雷射技術，而且是作在矽晶片上，這表示英特爾可以有效降低雷射發射器的成本，並且將完整的光元件整合至技術成熟、成本低廉的矽晶片上。在今年的英特爾技術論壇上，又有更多的技術細節以及未來的藍圖揭露，在英特爾面臨獲利嚴重衰退時，也許這是未來成長的根基。
透過平台持續創新
要製作出雷射光有很多方式，早期的雷射光源體積都很巨大，像是二氧化碳雷射或是寶石雷射，光是產生雷射的零件就足以塞滿一個大盒子，更遑論旁邊一堆驅動晶片。因為雷射有很多用途，如果可以降低成本，縮小體積，甚至是整合在一顆晶片內，這不但達成了以往的設計目標，而且可以開創許多以前只能想像的應用。
筆者省略幾千字的技術細節然後濃縮成幾句話，根據英特爾的說法這個技術是這樣的「利用拉曼效應(Raman Effect)與矽晶片結構來放大通過矽晶元件的雷射光，英特爾可以讓此晶片產生完整而且連續的雷射光束，並在1GHz的速度下傳遞信號。英特爾先在矽晶片上蝕刻出一個波導(waveguide)，作為傳遞光線的管道，當外部雷射光源打入時，矽晶片內部的原子震動會放大光線強度，這種作用稱為拉曼雷射(在矽晶片上時，這種作用強度比在玻璃光纖內的高出一萬倍以上)，現在的電信產業就運用拉曼雷射在幾公里長的光纖通訊上。
長久以來，積體電路(IC)電子訊號之間都是透過銅線在傳遞，只有幾公里以上的長距離高容量通訊才會考慮使用光通訊，而且是透過專用電路，驅動特殊製程零件才能做到這件事，超短距離內使用現有的光通訊技術並沒有太大意義。儘管還有很長很遠的路要走，但是英特爾已經證實此路可行，「矽光計畫」將所需的技術融合在矽晶圓上，雷射光源與偵測裝置與CPU整合成一顆晶片不再是夢想。至於這技術可以帶給我們什麼樣的用途？在商業上便是作為晶片間的光通訊。
電線信號速度有上限
電腦的中央處理器跑得再快，如果不能快速與其他零件溝通，效能也會大打折扣，這問題一直是電腦系統設計時的重要考量。主機板上有許多晶片，包括CPU、記憶體與各式各樣的周邊晶片，這些IC之間是用「電信號」在溝通，主機板上一條條密密麻麻的線就是這些信號所走的路徑。在我們的經驗中，電信號非常的快，有些記性比較好的人會記得這速度是每秒30萬公里，但這是指在真空中才有的速度，在電路板上不會這樣快，而且還會被其他因素所拖累。例如說一個雙CPU的電腦，就算兩個CPU都超頻又加壓，在兩顆CPU之間還是以較低的外頻在交換資料，也許可以跑到800MHz或超頻到更高的水準，但就是無法追上CPU內部的運作速度，可見主要問題在CPU外部而非內部。
利用光通訊取代電通訊
雖然雷射光跟我們一般使用的電子信號都屬於電磁波，但特性不太一樣，如果沒有電線引導，電波會四面八方散射出去，而就算是沒有光纖引導，雷射光束還是可以筆直射出直達對面大樓外牆；電信號在電線裡面跑時要克服許多電容的拖累，還有電磁感應的問題，但是光信號並沒有這方面的困擾，所以信號發射出去後可以很快解讀出信號。
光通訊是解決兩系統間連結信號不夠快的好方法，有時還可以解決一些像是電磁干擾的問題，所以現在光通訊越來越普及，除了海底電纜改成光纜外，日本很早就提供光纖到府服務，最近中華電信也在推動FTTH，讓一般人也可以在家裡享受超高頻寬。如果要在主機板上以光通訊取代電通訊，這就要等各科技大廠的成果，英特爾的矽光計畫成就非凡，別的廠商也不見得就追不上，以SiOptical公司的技術來說，他們預計明年時推出10Gbps至40Gbps的矽光子光電產品，產品是在新加坡特許半導體所生產的，他們沒有CPU可以一起整合，若是單純作為通訊之用倒是相當理想。值得一提的是，通常我們將主機板上的光通訊(Optical Communication)稱為光連結(Optical Interconnection)，其實光通訊與光連結的定義也不見得那樣清楚，有時「通訊」不但包含了硬體設備，還涵蓋了軟體與通訊協定，而「連結」的範圍就比較狹窄，在這邊主要是說將兩個IC連接起來的動作。
光連結應用在個人電腦上時，對於使用者來說，最大的差別就是在各元件之間可以大幅拉高資料交換能力，不一定單指CPU與CPU之間，要替換成CPU與記憶體，或是CPU與北橋晶片之間都可以。若矽晶片發射的雷射光能量夠強，甚至可以直接透過光纖與另一台電腦連結，我們就可以將光通訊模組實現在CPU上。這並不是夢想而已，想當年電腦體積非常龐大，現在一顆SOC系統晶片已經包含所有功能，乙太網路卡最初是很大一片電路板，除了一堆積體電路外，還有數不清的電容電阻元件，而現在的乙太網路卡上只有一顆晶片，嚴格算起來，插座佔用的體積比晶片還大呢。這就是英特爾所構想的，未來將是光通訊的天下，先將光通訊電路板濃縮到一個小模組內，未來則直接作在CPU上，CPU直接拉一條光纖便與遠處的CPU交換資料，不但速度快，而且沒有任何拖延。
除了光通訊之外？
如同之前所說的，以往要發射光線必須使用一些特殊的材料，不能整合在矽晶片上，現在可以用矽晶片發射光線，又可以用矽晶片接收回來的影像，CPU與DRAM也做在同一片晶片裡，自然可以把整個系統縮到很小。這種晶片與現在的微機電系統一樣，佔最大體積的都是周邊功能，像是電力與通訊能力，只要獲得電力供應，便可主動探測，直接分析影像並且回報結果，至於怎麼回報？當然也是用矽晶片做成的無線通訊電路。這種系統有什麼用途呢？英特爾以很和平的態度說，這是世人福音啊！可以做成小晶片讓病人吞下去檢查身體內部，可以安置在化學藥劑內偵測其反應，也可以安置在汽車或工廠煙囪上看看廢氣排放是否合格。我們不要忘了，人類的科技進步很多時候是被戰爭需求所驅動的，在美國國防部大力贊助下，美國各大學才最近才研發出自動駕駛橫越沙漠的汽車，萬一美國國防部有興趣了，這東西很容易就可以變成一堆間諜晶片等很多奇妙的用途。
[ 本帖最後由 ga032794 於 2007-7-2 16:52 編輯 ]
