IBM科學家發表電腦晶片的光通訊技術

IBM週三（3/3）宣布，電腦晶片技術有重大進展，可運用光脈衝波來進行矽晶電路間的通訊，以取代傳統的銅線訊號傳輸，不但能大幅提升電腦晶片的運算速度，還能有效節省能源。

在這一期出版的自然（Nature）雜誌中，IBM將發表這款稱為奈米光電雪崩光感測器（nanophotonic avalanche photodetector）的超高速元件，可作為下一代節能運算電子學的重要基礎。

IBM科學家是利用鍺金屬中的雪崩效應（avalanche effect）來研發這款元件。所謂雪崩效應是指對一些非導體或半導體施加足夠的電流時，流過它們的電流會突然增大，這主要與金屬原子外自由運動的電子有關。但傳統的雪崩光感測器無法偵測快速的光訊號。

負責這項計畫的IBM科學家T. C. Chen博士表示，這項發明將能使晶片上的光學互連（optical interconnection）更接近於現實。運用將光通訊嵌入於處理器晶片中，未來建置速度達Exaflop （10的18次方）級的節能電腦系統不再是遙不可及。

IBM所展示的雪崩光感測器是目前這類元件中執行速度最快的。它能以40Gbps的速度接收光訊號，既時將其放大十倍。此外，這款元件的電壓供應僅需1.5V，並且尺寸較先前開發的小了20倍。因此，只需要一顆AA電池就能為許多的這類元件供電，而傳統的雪崩光感測器需要20~30V的電壓供應。

IBM表示，其效能的顯著突破主要來自於操控只有原子數十分一小的光學和電氣特性。這些微小元件能偵測非常微弱的光脈衝波，並將其以前所未有的頻寬予以放大，而僅有較傳統雪崩光感測器少50~70%的雜訊。

這款元件是以目前已廣泛運用在微處理器晶片中的矽鍺材料製成，並能以標準製程生產。

IBM進行奈米光電元件研究已有一段時間，從2006年底開始就陸續發表多項與晶片上光通訊有關的成果。此次雪崩光感測器的發佈，可說是已完整部署了整個建置晶片上光互連架構所需的元件。(編譯/范眠)