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用光来为计算机提速全光开关处理器像传统芯片发起挑战

来源：化工仪器网2023/12/29 8:34:5594

导读

开关是我们生活中常见的一种设施，它可以控制灯光的明暗，可以决定电子产品的运行与停止，我们熟悉的电脑键盘、鼠标等，上面的按键本质上也是开关，甚至在小小的芯片上，也有电子开关这一重要部件。而且在电子电路普及的今天，正是这些电子开关，赋予了数码产品各式各样的功能性与可能性。

　　但与此同时，电子开关受限于本身结构以及原理，在响应速度上几乎已经达到了瓶颈，而许多使用了电子开关的设备一定程度也受到了影响，其中自然也包括了影响科技发展的核心零部件——计算机处理器。因此科学家似乎已经开始在开关上寻求突破。

　　事实上，早在好几年前，科学家就已经意识到了电子开关的“时钟速度”上限(时钟速度指的是振荡器设置的处理器节拍，也就是由振荡器产生的每秒脉冲次数，简单的说就是衡量处理器打开和关闭速度的指标)，并开始寻求突破。而后来，这个突破口被聚焦在了“光”上，并由此发展出了光学开关。

　　光学开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口、可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。由于采用的是光学元件而不是电子电路，因此光学开关无需考虑阻容带来的影响，这也意味着它能带来更快的响应速度。

　　事实上光学开关也确实在这几年的时间里，展示出了其在芯片领域的价值。而就在最近，美国能源部阿贡国家实验室和普渡大学的研究人员成功发明了一种新型的全光开关，在光学开关领域获得了新的突破，理论上能够为数据在芯片上的处理和存储带来“夸张”的速度提升。

　　根据相关报道显示，研究团队用两种不同的材料制作了一种光开关，每种材料的开关时间都不同。其中铝掺杂的氧化锌制成的开关时间在皮秒范围内，而等离子体氮化钛制成的开关则在纳秒范围内(一皮秒等于一万亿分之一秒，一纳秒等于十亿分之一秒)。这种设计给开关带来了更高的灵活性。依据相关研究成果的描述，这种开关，能够有效存储数据的同时快速传输数据，并且双金属特性意味其可根据使用的光波长的不同而实现多种用途。

　　而从目前的研究成果来看，这种全光开关虽然距离产品化还有很长的距离要走，但是却在原有光学开关的基础上实现了开拓，为开发用于增强型光纤通信、光计算和超高速计算技术等领域的高度适应性高效开关提供了思路，也为更高效率的数据传输提供了基础。在如今这个依赖先进计算技术的大环境下，如同开拓者铺垫了发展的道路。

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