當(dāng)今數(shù)據(jù)中心的需求正以驚人的速度增長(zhǎng)，需要重大創(chuàng)新才能跟上。與此同時(shí)，隨著摩爾定律即將終結(jié)，傳統(tǒng)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 技術(shù)的縮放和創(chuàng)新速度有可能放緩。
實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心所需創(chuàng)新的一項(xiàng)有前途的技術(shù)是集成光子學(xué)。處于這一努力的最前沿的是英特爾，它最近宣布開(kāi)設(shè)一個(gè)全新的集成光子學(xué)研究中心。 本文將一窺光子學(xué)在數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢(shì)，并詳細(xì)了解英特爾的新研究中心。
數(shù)據(jù)中心的電氣挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)上，數(shù)據(jù)中心依賴于傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品，這些電子產(chǎn)品與通過(guò)銅導(dǎo)體的電子流有關(guān)。這些電子設(shè)備在歷史上運(yùn)行良好；然而，它們最近引起了研究人員的關(guān)注，特別是對(duì)于數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序。
今天的數(shù)據(jù)中心的物理規(guī)模、處理的數(shù)據(jù)量和所需的數(shù)據(jù)速率都顯著增加。 所有這些因素通常導(dǎo)致互連電纜更長(zhǎng)、工作頻率更快，以及隨后增加的寄生阻抗，明確與互連有關(guān)。
電阻和電感寄生阻抗與頻率的關(guān)系
圖片由 Hossam Sarhan 和 Mentor 提供
這些寄生效應(yīng)帶來(lái)了有害影響，例如功耗增加、發(fā)熱和互連延遲；隨著對(duì)數(shù)據(jù)中心的需求增加，所有這些只會(huì)變得更糟。
與此同時(shí)，摩爾定律正在放緩，這意味著除此之外，電子性能提升的總體速度也受到了顯著阻礙。
為什么選擇集成光子學(xué)？
研究人員一直希望通過(guò)提議使用集成光子學(xué)來(lái)嘗試和抵消所有這些。 本質(zhì)上，在傳統(tǒng)電子學(xué)與電子通過(guò)銅導(dǎo)體的流動(dòng)有關(guān)的地方，光子學(xué)與通過(guò)使用專用波導(dǎo)的光子（即光）流動(dòng)有關(guān)。
一個(gè)集成光子電路的例子
圖片由 Edmund Optics提供
與數(shù)據(jù)中心中的電子產(chǎn)品相比，光子學(xué)具有多種優(yōu)勢(shì)。首先，光子作為光，比電子更接近實(shí)際光速（快 10-100 倍）——這意味著集成光子學(xué)可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)電子學(xué)更快的數(shù)據(jù)速率和更高的帶寬。
除此之外，穿過(guò)波導(dǎo)的光子幾乎不會(huì)受到其他光子的干擾，總體上提高了 SNR 和信號(hào)完整性。最后，集成光子學(xué)比傳統(tǒng)電子學(xué)更節(jié)能，從而節(jié)省電力并提高熱性能。
英特爾的新研究中心
為了推動(dòng)集成光子學(xué)的發(fā)展，英特爾宣布將開(kāi)設(shè)一個(gè)全新的集成光子學(xué)研究中心。 新研究中心正式名稱為英特爾數(shù)據(jù)中心互連集成光子學(xué)研究中心，將為數(shù)據(jù)中心開(kāi)發(fā)新的光子技術(shù)，主要關(guān)注互連技術(shù)。
在此范圍內(nèi)，該中心將研究的主題包括：
光學(xué) I/O 技術(shù)擴(kuò)展和集成
CMOS 電路和鏈路架構(gòu)
包集成
光纖耦合
英特爾已經(jīng)宣布了幾名將加入新研究中心的研究人員，他們來(lái)自加州大學(xué)圣巴巴拉分校、華盛頓大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校等機(jī)構(gòu)。
推動(dòng)光子學(xué)向前發(fā)展
隨著數(shù)據(jù)中心的規(guī)模、速度和容量不斷擴(kuò)大，很明顯傳統(tǒng)電子產(chǎn)品將不再削減它。集成光子技術(shù)有望成為新一代技術(shù)，有助于克服當(dāng)今數(shù)據(jù)中心面臨的一些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
英特爾的新研究中心已將自己置于這場(chǎng)潛在革命的最前沿，有望為技術(shù)和行業(yè)帶來(lái)重大推動(dòng)。除了Synopsys 的光子學(xué)設(shè)計(jì)工具 和Cadence 的光子集成電路 (PIC)等公司之外，這項(xiàng)新業(yè)務(wù)還可以刺激其他公司加入光子學(xué)“潮流”。甚至有傳言稱，蘋果也在研究這項(xiàng)技術(shù)。
總而言之，看看集成光子學(xué)將在哪里以及如何發(fā)展并可能成為主流技術(shù)將會(huì)很有趣。
