Avicena公司的蓝色microLED正与Ayar实验室的激光系统展开竞赛。
Ayar实验室已成功大幅缩小了目前通过光缆在数据中心周围传输数据所使用的硅光子元件的尺寸，并降低了其功耗。该设备可将数据编码到来自红外激光器的多种波长的光上，通过光纤发送光。
Avicena的芯粒则与众不同，它使用的不是红外激光，而是由蓝色microLED制成的微型显示器所发出的普通光。Avicena的硬件通过专用光缆中的不同路径并行发送数据，而非多路复用所有的光数据使其沿单根光纤传输。
Ayar具有历史积淀优势，该公司为客户提供的技术类似于其已经投入使用的远距离数据传输技术。而这场竞赛中的黑马Avicena则受益于微显示行业的持续发展。微显示行业未来将由虚拟现实设备乃至增强现实隐形眼镜主宰，在这两项技术的推动下，预计该行业的年增长率将达到80%，到2030年达到1230亿美元。
电信分析公司LightCounting的创始人兼首席执行官弗拉基米尔•科兹洛夫（Vladimir Kozlov）表示：“这些公司在风险和创新方面处于两个极端。”
Avicena的硅芯片LightBundle由一个氮化镓microLED阵列、一个同等大小的光电探测器阵列和一些I/O电路组成，从而实现与处理器的通信，输入数据。两根直径0.5毫米的光缆将一个芯粒上的microLED阵列连接到另一个芯粒上的光电探测器，反之亦然。这些光缆类似某些内窥镜中的成像线缆，包含一束与片上阵列对齐的光纤芯，其光纤芯有数百根之多，可为每个microLED提供自己的光路。
该公司首席执行官巴迪亚•佩泽什基（Bardia Pezeshki）解释说，除这种光缆外，Avicena还需要另外两样东西。“第一样我认为是最能令所有业内人士惊讶的，即能够以10千兆比特/秒的速度运行的LED。”他说。考虑到5年前可见光通信系统的技术水平只有数百兆赫，“这太惊人了”。2021年，Avicena的研究人员发布了一种microLED，并将其称为腔增强型光微发射器（CROME）。这些器件是开关速度得到优化的microLED，优化方法是将电容最小化并牺牲了一些将电子转化为光的效率。
氮化镓通常不会被集成到硅芯片上用于计算，但得益于microLED显示行业的进步，这种做法基本上得以实现。为了寻求用于增强现实/虚拟现实等的明亮发射显示器，苹果、谷歌和Meta等科技巨头花了数年时间来研究如何将已经构建的微米级LED转移到硅和其他表面上的精确点上。佩泽什基说，现在“每天会这样做数百万次”。Avicena最近从其硅谷“邻居”Nanosys那里购买了开发CROME的晶圆厂。
第二个元件是光电探测器。硅不善于吸收红外光，因此硅光子系统的设计者一般会制造相对较大的光电探测器和其他元件来进行补偿。但由于硅很容易吸收蓝光，Avicena系统的光电探测器只需要零点几微米深，就可以轻松集成到成像光纤阵列下的芯粒中。佩泽斯基表示，十几年前，斯坦福大学的大卫•A.B.米勒（David A.B. Miller）就已证明探测蓝光的互补金属氧化物半导体（CMOS）光电探测器的速度足以完成这项工作。
佩泽什基说，结合成像光纤、蓝色microLED和硅光电探测器的系统每秒可在原型机中传输“许多”太比特。与数据速率同样重要的是移动1比特所需的低能耗。“硅光子学的目标值为每比特几皮焦耳，来自那些在商业化方面走在我们前面的公司。”佩泽什基说，“我们已经打破了那些纪录。”在演示中，该系统移动数据的能耗大约为每比特半皮焦耳。这家初创企业的第一款产品预计将于2023年推出，但不会直接用于处理器，而是先用于连接数据中心机架里的服务器。佩泽什基表示，用于芯片到芯片光链路的芯粒将“紧随其后”。
不过，microLED的数据移动能力有限。因为LED光是非相干光，所以受到色散效应的影响，其移动距离会被限制在10米左右。相比之下，激光天生擅长远距离传输；Ayar的TeraPHY芯粒最远可达2公里，颠覆超级计算机和数据中心架构的能力甚至可能超过Avicena的技术。Ayar的首席执行官查理•乌伊斯帕德（Charlie Wuischpard）说，它们可以让计算机制造商彻底地重新思考其架构，促使它们制造“本质上是单块计算机芯片却以机架规模构建的计算机”。他说，该公司正在与合作伙伴GlobalFoundries一起扩大生产，并将于2023年与合作伙伴一起制造原型机，不过不太可能公开。
科兹洛夫表示，预计会有更多竞争者出现。计算机制造商希望获得“不仅能在未来两到三年内有所帮助，还能在未来几十年提供可靠改进”的解决方案。毕竟，他们在寻求取代的铜连接也在不断改进。
作者：Samuel K. Moore
IEEE Spectrum
《科技纵览》
官方微信公众平台
