開關是我們生活中常見的一種設施,它可以控制燈光的明暗,可以決定
電子產(chǎn)品的運行與停止,我們熟悉的電腦鍵盤、鼠標等,上面的按鍵本質(zhì)上也是開關,甚至在小小的芯片上,也有電子開關這一重要部件。而且在電子電路普及的今天,正是這些電子開關,賦予了數(shù)碼產(chǎn)品各式各樣的功能性與可能性。
但與此同時,電子開關受限于本身結(jié)構(gòu)以及原理,在響應速度上幾乎已經(jīng)達到了瓶頸,而許多使用了電子開關的設備一定程度也受到了影響,其中自然也包括了影響科技發(fā)展的核心零部件——計算機處理器。因此科學家似乎已經(jīng)開始在開關上尋求突破。
事實上,早在好幾年前,科學家就已經(jīng)意識到了電子開關的“時鐘速度”上限(時鐘速度指的是
振蕩器設置的處理器節(jié)拍,也就是由振蕩器產(chǎn)生的每秒脈沖次數(shù),簡單的說就是衡量處理器打開和關閉速度的指標),并開始尋求突破。而后來,這個突破口被聚焦在了“光”上,并由此發(fā)展出了光學開關。
光學開關是一種具有一個或多個可選擇的傳輸窗口、可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作的器件。由于采用的是光學元件而不是電子電路,因此光學開關無需考慮阻容帶來的影響,這也意味著它能帶來更快的響應速度。
事實上光學開關也確實在這幾年的時間里,展示出了其在芯片領域的價值。而就在最近,美國
能源部阿貢國家實驗室和普渡大學的研究人員成功發(fā)明了一種新型的全光開關,在光學開關領域獲得了新的突破,理論上能夠為數(shù)據(jù)在芯片上的處理和存儲帶來“夸張”的速度提升。
根據(jù)相關報道顯示,研究團隊用兩種不同的材料制作了一種光開關,每種材料的開關時間都不同。其中鋁摻雜的氧化鋅制成的開關時間在皮秒范圍內(nèi),而等離子體氮化鈦制成的開關則在納秒范圍內(nèi)(一皮秒等于一萬億分之一秒,一納秒等于十億分之一秒)。這種設計給開關帶來了更高的靈活性。依據(jù)相關研究成果的描述,這種開關,能夠有效存儲數(shù)據(jù)的同時快速傳輸數(shù)據(jù),并且雙金屬特性意味其可根據(jù)使用的光波長的不同而實現(xiàn)多種用途。
而從目前的研究成果來看,這種全光開關雖然距離產(chǎn)品化還有很長的距離要走,但是卻在原有光學開關的基礎上實現(xiàn)了開拓,為開發(fā)用于增強型光纖通信、光計算和超高速計算技術(shù)等領域的高度適應性高效開關提供了思路,也為更高效率的數(shù)據(jù)傳輸提供了基礎。在如今這個依賴先進計算技術(shù)的大環(huán)境下,如同開拓者鋪墊了發(fā)展的道路。
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