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电子替换为光子或能解决光子计算机最大难题

威锋网?? 2016年02月05日 ?? 收藏0
一个俄罗斯物理学家团队已经想到了防止光子计算机的一个关键部件过热的方法,这意味着人类和光速处理数据之间的最大障碍已经被克服了。我们只需要在微处理器中将电子替换为光子,就能够将计算机的运行速度提升数万倍。不仅如此,它还解决了一个影响我们所有人的大问题,即电子在处理器和内存之间的移动速度限制。

  这个问题就是众所周知的“冯诺依曼瓶颈”,如果处理器从内存中提取信息的速度达到了某个极限,那就意味着,我们再开发速度更快的基于电子计算机系统的处理器已经没有什么意义。我们需要对系统进行彻底的重新思考,这就是量子计算机和光子计算机为什么会出现的原因所在。

电子替换为光子或能解决光子计算机最大难题

  用光子代替电子的想法听起来很简单,但实际上并不是那么一回事。虽然用光运行计算机能够有效地加快我们传输数据的速度,但是硅芯片仍然需要将光子转换成电子来进行数据处理。这意味着整个传输过程还是要被减慢速度,另外,系统会在转换的过程中消耗大量额外的能量,这使得它的效率甚至比我们一开始就使用电子还要低很多。

  很显然,我们需要重新打造一个计算机系统,目的就是为了提高对光子的处理能力。目前,IBM、英特尔、惠普以及美国国防军已经在开发光电芯片这方面投资了数十亿美元。这种芯片用电子计算,但是用光子移动信息。

  如果你对微芯片有所了解的话,你一定会知道它们是由各种紧密缠绕的、供电子移动的通道组成的。但是对于光子来说,要让它们弯曲移动是一件非常困难的事情,这就是开发新版本芯片的难题。

  在这个问题的研究上,科学家们想到了一个解决办法,那就是利用光子和电子在金属表面的独特震荡。听起来似乎很靠谱,但是这个办法也不容易实现。光的波长约为 1 微米(1000 纳米),但是我们制造的晶体管已经快达到 10 纳米水平。

  因此,我们可以选择在巨大的元件中传输光波,但是这样会导致效率的提升幅度没那么大。而如果将光转化为纳米级表面波的话,组件又需要经历 100 开尔文温度的升温,于是又出现了散热方面的问题。要想让它们保持散热,冷却系统的规模需要小于十亿分之一米。

  因此,许多人认为光子晶体管不可能在未来的几十年内出现。来自莫斯科物理和技术研究所的研究人员表示,他们已经提出了一个解决方案。他们将导热材料制成了高性能热接口,并植入元件中,以确保芯片能够高效散热。他们说,这种方法能够让芯片升温幅度在 10 摄氏度以内。


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芯片? 量子计算机?

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