硅光子技術全面普及：體驗硅發光技術的進展（一）

　　圖2：光傳輸和電傳輸的低耗電量化以1cm為分界

　　如果傳輸距離在1cm以上，目前的光傳輸技術的耗電量小于電傳輸。光傳輸的耗電量主要是光收發器的電光轉換以及光電轉換消耗的。最近大幅減小了光收發器的尺寸，因此耗電量也減小了。

　　光傳輸的應用始于長距離通信，之后其用途擴大到了短距離通信，取代了電傳輸。在這一點上，采用硅光子的光傳輸也是一樣。預計將來微處理器內部的“CPU內核間”的數據傳輸也必須要利用硅光子技術。

　　最近，硅光子技術在芯片間的應用有了眉目，這主要是因為，利用硅光子制作的光收發器的耗電量降低了。一般來說，電傳輸是距離越短，所需的電力越少，而光傳輸即使距離縮短，電力也不會降低太多。因此，二者以耗電量相同的傳輸距離為分界點區分使用。最近，利用硅光子的光傳輸和電傳輸在傳輸距離為 1cm時的耗電量基本相同，因此，在比以前短很多的距離間也有望利用光傳輸（圖2）。

　　比如，2013年3月IBM利用硅光子技術開發出了耗電量為1pJ/bit的光收發器IC。預計電傳輸的最低耗電量在傳輸距離為1cm時約為150fJ（0.15pJ）/bit（圖3）1）。雖然還有好幾倍的差距，但如果只限于光傳輸的各項功能，耗電量比IBM的試制品小2、3位數的技術也已開發出來。

　　圖3：在不遠的將來，微處理器內核間的傳輸必然要采用光傳輸

　　本圖為微處理器的CPU內核間傳輸等的電傳輸技術和光傳輸技術的耗電量。今后的高性能微處理器光憑電傳輸將無法實現耗電量的要求條件。而在距離為1cm的傳輸中，光傳輸的耗電量與電傳輸基本相同。還出現了各部件的耗電量比電氣方式大幅降低的例子。（攝影：IBM）

　　在用途方面對硅光子光傳輸的期待也越來越高。隨著以提高微處理器速度為目的的多核化和眾核化的推進，必須要大幅增加內存帶寬和CPU內核間的數據傳輸容量。但多核化會導致CPU內核間的傳輸距離增長。而且，傳輸容量必須擴大到與內核內的全局布線相當的程度。對電傳輸而言，條件越來越苛刻。而對于正處于發展期的硅光子光傳輸，今后其耗電量還需要大幅降低。