（文章來源：pymath科技）
大約50年前，英特爾的聯合創始人戈登·摩爾（Gordon Moore）預測，計算機芯片中封裝的晶體管數量每兩年就會翻一番。這個臭名昭著的預測，即摩爾定律，已經很好地證明了這一點。英特爾在1970年代初發布第一個微處理器時，它的晶體管剛好超過2,000個。如今，iPhone中的處理器已達數十億。但是萬事都結束了，摩爾定律也不例外。

充當計算機腦細胞的現代晶體管只有幾個原子長。如果包裝太緊，可能會導致各種問題：電子交通堵塞，過熱和奇怪的量子效應。一種解決方案是用光連接代替某些電子電路，該光連接使用光子而不是電子來在芯片周圍傳輸數據。但是有一個問題：硅是計算機芯片中的主要材料，它的發光性能很差。

周三，由荷蘭埃因霍溫理工大學物理學家埃里克·巴克斯領導的一個研究小組在《自然》雜志上發表了一篇論文，詳細介紹了他們如何制造出能夠發光的硅合金納米線。這是物理學家幾十年來一直在努力解決的問題，但巴克斯說，他的實驗室已經在利用這項技術開發一種微型硅激光器，這種激光器可以內置在計算機芯片中。將光子電路集成到傳統的電子芯片上，可以在不提高芯片溫度的情況下實現更快的數據傳輸和更低的能耗，這對于機器學習等數據密集型應用特別有用。

“這是一個巨大的突破，他們能夠證明由硅混合物制成的納米線的發光，因為這些材料與計算機芯片工業中使用的制造工藝兼容，”帕斯卡德爾海伊說，他領導著馬克斯普朗克光科學研究所的微光學小組，并不參與研究。“在未來，這可能使生產結合光學和電子電路的微芯片成為可能。”

巴克斯說，要想讓硅吐出光子，關鍵在于它的結構。一個典型的計算機芯片是建立在一層薄薄的硅片上的。硅是計算機芯片的理想介質，因為它是一種半導體，一種只在特定條件下導電的材料。這種特性允許晶體管作為數字開關工作，即使它們沒有任何運動部件。相反，它們只有在晶體管上施加一定的電壓時才會打開和關閉。

在晶圓中，硅原子被排列成立方晶格，允許電子在特定電壓條件下在晶格中移動。但它不允許光子發生類似的運動，這就是為什么光不能輕易地穿過硅。物理學家假設，改變硅晶格的形狀，使其由重復的六邊形而不是立方體組成，將允許光子在材料中傳播。但事實證明，要真正制造出這種六邊形晶格是非常困難的，因為硅想以最穩定的立方形式結晶。40年來，人們一直試圖制造六角硅，但沒有成功。

巴克斯和他在埃因霍溫的同事已經致力于創造一個六邊形硅晶格大約十年了。他們的部分解決方案涉及使用砷化鎵制成的納米線作為支架來生長硅鍺合金制成的具有所需六邊形結構的納米線。在硅中加入鍺對于調節光的波長和材料的其他光學性質很重要。巴克斯說：“這比我預期的要長。“我五年前就料到會在這里，但整個過程有很多微調。”

為了測試硅合金納米線是否發光，巴克斯和他的同事用紅外激光對其進行了爆炸，并測量了在另一邊發出的紅外光的數量。當紅外光接近激光注入系統的能量時，巴克斯和他的同事們檢測到從納米線中流出的能量，這表明硅納米線在傳輸光子方面非常有效。

巴克斯說，下一步將使用他們開發的技術，制造出一種由硅合金制成的微型激光器。巴克斯表示，他的實驗室已經開始了這方面的工作，并可能在年底前有一個工作硅激光器。之后，下一個挑戰將是如何將激光與傳統電子計算機芯片集成。巴克斯說：“這將是非常嚴重的，但也很困難。我們正在集思廣益，想辦法做到這一點。”

不過，未來的計算機芯片不會完全是光學的。在一個組件（如微處理器）中，使用電子來移動晶體管之間的短距離仍然是有意義的。但是對于“長”距離，例如計算機的CPU和內存之間或晶體管的小簇之間的距離，使用光子而不是電子可以提高計算速度，同時減少能量消耗并從系統中散熱。電子必須串行傳輸數據，一個電子必須依次傳輸數據，而光信號則可以在物理上盡可能快的速度（光速）一次在多個通道上傳輸數據。

這項研究著實使實用的基于光的計算又邁出了重要的一步，電子計算機芯片已經忠實地滿足了我們的計算需求了半個世紀，但是在我們數據緊缺的世界中，是時候讓處理器達到飛速發展的時候了。
（責任編輯：fqj）