（文章來源：pymath科技）
大約50年前，英特爾的聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）預(yù)測，計算機(jī)芯片中封裝的晶體管數(shù)量每兩年就會翻一番。這個臭名昭著的預(yù)測，即摩爾定律，已經(jīng)很好地證明了這一點(diǎn)。英特爾在1970年代初發(fā)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(dá)數(shù)十億。但是萬事都結(jié)束了，摩爾定律也不例外。

充當(dāng)計算機(jī)腦細(xì)胞的現(xiàn)代晶體管只有幾個原子長。如果包裝太緊，可能會導(dǎo)致各種問題：電子交通堵塞，過熱和奇怪的量子效應(yīng)。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(shù)據(jù)。但是有一個問題：硅是計算機(jī)芯片中的主要材料，它的發(fā)光性能很差。

周三，由荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)物理學(xué)家埃里克·巴克斯領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組在《自然》雜志上發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)介紹了他們?nèi)绾沃圃斐瞿軌虬l(fā)光的硅合金納米線。這是物理學(xué)家?guī)资陙硪恢痹谂鉀Q的問題，但巴克斯說，他的實(shí)驗室已經(jīng)在利用這項技術(shù)開發(fā)一種微型硅激光器，這種激光器可以內(nèi)置在計算機(jī)芯片中。將光子電路集成到傳統(tǒng)的電子芯片上，可以在不提高芯片溫度的情況下實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸和更低的能耗，這對于機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)密集型應(yīng)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(fā)光，因為這些材料與計算機(jī)芯片工業(yè)中使用的制造工藝兼容，”帕斯卡德爾海伊說，他領(lǐng)導(dǎo)著馬克斯普朗克光科學(xué)研究所的微光學(xué)小組，并不參與研究?！霸谖磥?，這可能使生產(chǎn)結(jié)合光學(xué)和電子電路的微芯片成為可能?！?/p>

巴克斯說，要想讓硅吐出光子，關(guān)鍵在于它的結(jié)構(gòu)。一個典型的計算機(jī)芯片是建立在一層薄薄的硅片上的。硅是計算機(jī)芯片的理想介質(zhì)，因為它是一種半導(dǎo)體，一種只在特定條件下導(dǎo)電的材料。這種特性允許晶體管作為數(shù)字開關(guān)工作，即使它們沒有任何運(yùn)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(guān)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(fā)生類似的運(yùn)動，這就是為什么光不能輕易地穿過硅。物理學(xué)家假設(shè)，改變硅晶格的形狀，使其由重復(fù)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(shí)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(wěn)定的立方形式結(jié)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(jīng)致力于創(chuàng)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(jié)構(gòu)的納米線。在硅中加入鍺對于調(diào)節(jié)光的波長和材料的其他光學(xué)性質(zhì)很重要。巴克斯說：“這比我預(yù)期的要長?！拔椅迥昵熬土系綍谶@里，但整個過程有很多微調(diào)?！?/p>

為了測試硅合金納米線是否發(fā)光，巴克斯和他的同事用紅外激光對其進(jìn)行了爆炸，并測量了在另一邊發(fā)出的紅外光的數(shù)量。當(dāng)紅外光接近激光注入系統(tǒng)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(fā)的技術(shù)，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(shí)驗室已經(jīng)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(zhàn)將是如何將激光與傳統(tǒng)電子計算機(jī)芯片集成。巴克斯說：“這將是非常嚴(yán)重的，但也很困難。我們正在集思廣益，想辦法做到這一點(diǎn)。”

不過，未來的計算機(jī)芯片不會完全是光學(xué)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(jī)的CPU和內(nèi)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(tǒng)中散熱。電子必須串行傳輸數(shù)據(jù)，一個電子必須依次傳輸數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)。

這項研究著實(shí)使實(shí)用的基于光的計算又邁出了重要的一步，電子計算機(jī)芯片已經(jīng)忠實(shí)地滿足了我們的計算需求了半個世紀(jì)，但是在我們數(shù)據(jù)緊缺的世界中，是時候讓處理器達(dá)到飛速發(fā)展的時候了。
（責(zé)任編輯：fqj）