近日，科研人員成功開發(fā)出了一種全新的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，將高頻硅芯片與細(xì)如發(fā)絲的聚合物電纜配對(duì)，實(shí)現(xiàn)比 USB 快 10 倍的信息傳輸速度。該系統(tǒng)有朝一日可能會(huì)提高數(shù)據(jù)中心的能源效率，并減輕電子產(chǎn)品元件的負(fù)荷。
這項(xiàng)研究于今年 2 月在 IEEE 國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議上發(fā)表，主要作者是的 Jack Holloway ’03, MNG ’04，他在去年秋天完成了麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)(EECS)系的博士學(xué)位，目前在 Raytheon 公司工作。共同作者包括在 EECS 的 Holloway 博士生導(dǎo)師、副教授 Ruonan Han，以及英特爾的高級(jí)研究員 Georgios Dogiamis。
Holloway 表示：“算機(jī)芯片之間共享的信息量呈爆炸式增長(zhǎng)--云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)。而這其中有很多是通過(guò)傳統(tǒng)的銅線發(fā)生的。但銅線，如 USB 或 HDMI 電纜中的銅線，是很耗電的--尤其是在處理重?cái)?shù)據(jù)負(fù)載時(shí)”。
Holloway 表示雖然對(duì)通過(guò)長(zhǎng)度超過(guò)一米的導(dǎo)管進(jìn)行快速數(shù)據(jù)傳輸(超過(guò)每秒100千兆位)的需求日益增長(zhǎng)，但目前主流的解決方案一直是“越來(lái)越笨重和昂貴的”銅線。
銅線的一種替代方案是光纜，不過(guò)這也有自己的問(wèn)題。銅線使用的是電信號(hào)，而光纖使用的是光子。這使得光纖能夠快速傳輸數(shù)據(jù)，而且能量耗損小。但電腦芯片通常不太兼容光子這使得光纖電纜和電腦之間的互連成為一個(gè)挑戰(zhàn)。Holloway 說(shuō)道：“目前還沒(méi)有辦法在硅中有效地產(chǎn)生、放大或檢測(cè)光子。雖然有各種昂貴而復(fù)雜的集成方案，但從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來(lái)看，這不是一個(gè)很好的解決方案”。
該團(tuán)隊(duì)的新鏈路吸取了銅管和光纖導(dǎo)管的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)沒(méi)有它們的缺點(diǎn)。Dogiamis 說(shuō)：“這是一個(gè)很好的互補(bǔ)解決方案的例子。他們的導(dǎo)管是由塑料聚合物制成的，所以比傳統(tǒng)的銅纜更輕，制造成本也可能更低。但當(dāng)聚合物鏈路以亞太赫茲電磁信號(hào)運(yùn)行時(shí)，它在傳輸高數(shù)據(jù)負(fù)載時(shí)的能效遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銅纜。新鏈路的效率可與光纖相媲美，但有一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)："它可以直接與硅芯片兼容，無(wú)需任何特殊制造”。
該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了這樣的低成本芯片與聚合物導(dǎo)管配對(duì)。通常情況下，硅芯片難以在亞太赫茲頻率下運(yùn)行。然而該團(tuán)隊(duì)的新芯片卻能產(chǎn)生那些高頻信號(hào)，并有足夠的功率將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)綄?dǎo)管中。研究人員表示，從硅芯片到導(dǎo)管的這種干凈的連接意味著整個(gè)系統(tǒng)可以用標(biāo)準(zhǔn)的、具有成本效益的方法來(lái)制造。
而且新線纜在尺寸上也優(yōu)于銅管，Han 表示：“我們的電纜的橫截面積是 0.4 毫米× 0.25 毫米，所以，它超級(jí)微小，就像一縷頭發(fā)。盡管它的尺寸很細(xì)，但它可以攜帶大量的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗ㄟ^(guò)三個(gè)不同的平行通道發(fā)送信號(hào)，并由頻率分開。該鏈路的總帶寬為每秒105千兆比特，幾乎比基于銅纜的 USB 電纜快一個(gè)數(shù)量級(jí)”。Dogiamis說(shuō)，這種電纜可以解決帶寬挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀兛吹竭@個(gè)大趨勢(shì)朝著越來(lái)越多的數(shù)據(jù)發(fā)展。 |
