光子通信进入计算机芯片
Startup公司的光电芯片可以在提高计算速度的同时，将数据中心的能耗降低高达50%。
罗伯·马西森-麻省理工学院新闻办公室，最初发表于麻省理工学院的新闻．
欧洲经委会教授米洛斯·波波维奇于2016年年中从科罗拉多大学博尔德分校的助理教授职位转到波士顿大学。在科罗拉多大学博尔德分校期间，波波维奇的澳门威尼斯人注册网站研究小组与麻省理工学院和加州大学伯克利分校的澳门威尼斯人注册网站研究小组合作，共同澳门威尼斯人注册网站研究darpa资助的光子优化嵌入式微处理器（POEM）澳门威尼斯人注册网站研究项目，这项工作在他的小组搬到波士顿大学后继续进行，并于2017年11月完成。这次合作促成了Ayar Labs， Inc.的成立，波波维奇是六个联合创始人之一。自从加入波士顿大学以来，波波维奇教授利用他的关系为波士顿大学的学生打开了Ayar实验室实习项目的大门。Ayar实验室总裁、首席科学家和联合创始人马克·韦德博士是波波维奇的第一批博士毕业生之一。
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凭借新型光电芯片和与顶级硅芯片制造商的新合作伙伴关系，麻省理工学院的Ayar实验室旨在提高计算速度并降低能耗，从数据中心开始。
在麻省理工学院和其他地方的多年澳门威尼斯人注册网站研究的支持下，Ayar开发出了用光传输数据但以电子方式计算的芯片。这种独特的设计将快速、高效的光通信（利用光波传输数据的组件）集成到传统的计算机芯片中，取代了效率较低的铜线。
根据这家初创公司的说法，这种芯片可以在芯片对芯片通信中减少大约95%的能源消耗，并将带宽提高到基于铜的同类产品的十倍。Ayar的首席执行官Alex Wright-Gladstein说，在由Facebook和亚马逊等科技巨头运营的大规模数据中心（Ayar的第一个目标应用）中，这种芯片可以将总能耗降低30%到50%。
“现在大数据中心存在带宽瓶颈，”Wright-Gladstein说，他与陈孙博士（Chen Sun PhD ' 15）和马克·韦德（Mark Wade）共同创立了Ayar，后者是科罗拉多大学的毕业生和前麻省理工学院的澳门威尼斯人注册网站研究员。“这是一个令人兴奋的应用，也是第一个真正需要这项技术的地方。”
去年12月，这家初创公司与全球顶级硅芯片制造商GlobalFoundries签署了一项协议，将于明年将其首款产品——一种名为Brilliant的光输入输出系统推向市场。
赖特-格拉德斯坦补充说，这种芯片也可以用于超级计算机，超级计算机与数据中心一样存在类似的效率问题和速度限制。未来，这项技术还可以改善从自动驾驶汽车、医疗设备到增强现实等各个领域的光学技术。赖特-格拉德斯坦说：“我们不仅对它能为数据中心带来什么感到兴奋，而且对未来它将带来什么新事物感到兴奋。”
看到光明
Ayar的核心技术——现在得到了超过25篇学术论文的支持——经过了10年的发展。这项澳门威尼斯人注册网站研究合作始于2000年代中期，作为国防高级澳门威尼斯人注册网站研究计划局光子优化嵌入式微处理器（POEM）项目的一部分，由现任加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学副教授的Vladimir Stojanovic领导，与麻省理工学院电子工程教授Rajeev Ram和物理光学与电子组首席澳门威尼斯人注册网站研究员milosi popovic合作。现在是波士顿大学电子和计算机工程的助理教授。
这个想法是为了帮助数据传输跟上摩尔定律。芯片上的晶体管数量可能每两年翻一番，Wright-Gladstein说，“但我们通过这些铜引脚传输的数据量却没有以同样的速度增长。”
计算机芯片在具有不同功能的芯片之间发送数据，例如逻辑芯片和存储芯片。然而，基于铜的通信，芯片无法发送和接收足够的数据，以利用其日益增强的处理能力。这就造成了一个“瓶颈”，芯片必须等待很长时间才能发送和接收数据。赖特-格拉德斯坦说，例如，在数据中心，电路有一半以上的时间都在等待数据的来来去去。“这是巨大的浪费，”她说。“它们在空闲时使用的电量几乎和工作时一样多。”
一个解决方案是光。一根光纤可以在不同波长的光上传输多个数据信号，而铜线每根电线只能传输一个信号。因此，光学芯片可以用更少的空间传输更多的信息。此外，光子学产生的废热很少。通过铜线传输的数据会产生大量废热，这会影响单个芯片的效率。这是数据中心的一个问题，服务器内部和服务器之间都有铜线。
当Ram、Stojanovic和Popovic的澳门威尼斯人注册网站研究小组正在进行POEM项目时，像Intel和IBM这样的大公司正在尝试设计廉价、可扩展的光学芯片。Sun和Wade的合作采用了不同的方法：他们将光学元件集成到硅芯片上，硅芯片是用传统的CMOS半导体制造工艺制造的，这种工艺生产芯片的成本很低。赖特-格拉德斯坦说：“这在当时是一个激进的想法。“CMOS并不适合光学器件，因此业内资深人士认为，你必须做出重大改变才能使其发挥作用。”
为了避免改变CMOS工艺，澳门威尼斯人注册网站研究人员将重点放在了一种新型的小型化光学元件上，包括光电探测器、光调制器、波导和光学滤波器，它们可以对不同波长的光进行数据编码，然后进行传输和解码。他们基本上“破解”了传统的硅芯片设计方法，使用用于电子器件的层来构建光学器件，并使芯片设计包括比以往更紧密地配置在芯片结构中的光学器件。
2015年，澳门威尼斯人注册网站研究人员与加州大学伯克利分校的Krste Asanovic团队一起制造了第一个使用光进行通信的处理器，并将结果发表在《自然》杂志上。这种芯片由GlobalFoundries制造工厂生产，包含850个光学元件和7000万个晶体管，性能与在同一工厂生产的传统芯片一样好。
大胆尝试
在幕后，赖特-格拉德斯坦已经在考虑商业化了。在论文发表的前一年，她进入了麻省理工学院斯隆管理学院，专门与澳门威尼斯人注册网站研究清洁能源的澳门威尼斯人注册网站研究人员会面。以15.366 （Energy Ventures）为例，专注于将麻省理工学院的清洁技术商业化，她被选中选择将这些技术带入课堂。赖特-格拉德斯坦说：“这是会见每一位从事能源相关澳门威尼斯人注册网站研究的澳门威尼斯人注册网站研究人员的完美借口。”
从300个实验室中，她发现了Ram的光电芯片——她说，这“让我大吃一惊”。能源行业的重点是设备创新，以节省数据中心的能源。赖特-格拉德斯坦说：“但是并没有太多关注通过计算本身来减少能源消耗。”“这似乎是一种产生影响的好方法。”
赖特-格拉德斯坦在课堂上组建了一个团队，共同制定商业计划和推销方案。她还经常与Sun和Wade合作，与潜在的行业客户交谈。当麻省理工学院清洁能源奖开始时，这三名学生以OptiBit的名义参加了这项技术，并赢得了27.5万美元的大奖，这坚定了他们创业的决心。
赖特-格拉德斯坦说：“在筹集风险投资基金之前，早期有资金支付自己的低工资，并有一点缓冲，这确实说服了我们所有人冒险一试。”
这家初创公司在旧金山设立了办事处，继续澳门威尼斯人注册网站研究和开发，提高了该技术的通信数据速率。去年，GlobalFoundries对这些不断的创新产生了兴趣，并与这家初创公司达成了合作关系，其中包括一些未公开的资金。今年，Ayar的第一批原型应该会进入美国的数据中心，并计划在2019年发布商业版本。
解决芯片的输入输出问题仅仅是个开始。赖特-格拉德斯坦说，Ayar也对其新技术对光学领域的意义感到兴奋。例如，光学传感器用于自动驾驶或半自动驾驶汽车以及昂贵的医疗设备。降低制造成本，同时提高光电芯片的计算能力，可以使这些技术更便宜，更容易获得。
赖特-格拉德斯坦说：“我们开始解决传统硅芯片的瓶颈问题，但最终我们对这项技术将走向的所有不同领域感到兴奋。”“这将改变光学的可用性，以及世界如何使用光学，其方式超出了我们目前的预测。”