绿色光网络技术原型实现文件传输革命

　　近日，IBM 公司研究人员日前宣布推出一种技术原型，该技术能够以一种高能效的方式为从手机到超级计算机的各类设备提供超大带宽，它将彻底改变人们在不同应用间进行信息访问、使用和共享的方式。

　　该种新技术采用光以替代电线来传输信息，能够实现8Tb/s的信息传输，相当于大约5000个高清视频流，而其能耗只相当于一个100瓦的白炽灯。

　　这种带宽将大幅提高数据中心的能效，并加速大型数据集的共享。这样，科学家可以利用它来处理庞大的数据，以研制新型药物，或预测天气；人们可以通过不同设备和朋友共享高清电影；医生可在数秒内将高清医学图像发送给专家进行诊断，而患者无需远行；或者把高清内容传输到手机等等。

　　同绿色计算项目一样，这种新型光技术能够为超级计算机节省大量能源。对于一个典型的100米连接而言，光技术的能耗比当今的电互连低100倍，其节能效果是目前商用光模块的10倍。

　　新的“绿色光连接（green optical link）”原型专为满足peta-flop及exa-flop级超级计算的带宽需求而设计，超越了该研究团队一年前宣布的相关研究成果。新的技术以标准元件将光芯片和光数据总线集成到一个封装之中。

　　作为构建该原型的团队成员，IBM研究员Clint Schow表示：“去年，我们宣布了一款光收发器芯片组，可采用特别定制的光元件和方法，实现在不到一秒钟内传输高清电影。仅仅一年后，我们已可通过高密度集成的光‘线路’将高速芯片与印制电路板连接在一起。如今，我们又向该技术的商业化迈出了重要一步，不但构建了更快的收发器，更将该光元件从定制器件转变为由批量生产厂商生产的更加标准化的部件。”

　　该技术的应用范围覆盖了从手机到超级型计算机，从消费电子到医疗保健的方方面面，其中包括：

　　◆ 随处获取高清内容：随着高清视频的愈发普及，这项技术可通过显著增加视频服务器的带宽，实现高清视频的普遍共享和视频点播。那些托管视频内容的Web服务站点可以使用这项技术，在数秒钟内访问拥有数百万高清电影和视频剪辑的资料库，从而加速用户的访问速度。另外，通过在笔记本电脑、高清录像机、个人MP3及视频播放器、手机或PDA中配置一个光数据端口，高清视频内容即可被保存或在高分辨率的外置屏幕上予以显示。

　　◆ 患者护理：医生和研究人员可以发送诸如核磁共振和心脏扫描图之类的大型高清图像文件，以进行实时分析和三维显示。

　　◆ 消费电子：该光连接技术的部分应用可对消费产品产生巨大影响。例如，可以在手机的底部放置一个芯片，在显示器上配置另一个，这样，即可实现在两者之间传输大型文件，甚至高清内容。其优势在于，利用光取代电线，显示器就可以向上、向下翻转，或从中间翻转，而无需顾虑电线问题。

　　◆ 适用于超级计算的超大带宽：数据互连带宽的提高会对并行超级计算机产生深远影响，包括：提供更佳的分子力学计算能力、加速药物研发、提供更为精准的天气/气候建模能力并可促进我们对如量子色动力学之类的亚核物理学理论的理解。

　　IBM科学家们日前宣布的原型是世界上最快、集成度最高的光数据总线，它能实现空前数量的高性能计算机的互连——就如同一个系统般运行。

　　IBM绿色光网络技术背后的技术规格

　　光线路板或“Optocards”采用一系列低损耗聚合物光波导来控制发射器与接收器之间的光线。由光线路板组装而成的全部数据总线不仅集成了大量高速通道，并且实现了空前的封装密度，每个波导通道比人的一根头发丝还细。另外，全部系统的封装方法也独特地采用了混合芯片集成以生产出高度集成的光模块，或“光芯片”。

　　光芯片是一个多元件三维配件，以类似于当今电子芯片大规模生产中使用的常规接口装配焊接方法构建。通过采用每通道10Gb的数据总线，首次在印制电路板上实现了模块到模块、32通道的集成光数据连接。技术文献中对于芯片间或模块间高带宽光子通信的需求已经讨论了10余年，这期间，种种单一科技亦层出不穷。而IBM提供了全功能完整解决方案，极大推进了芯片级光互连领域的发展。通过提供高密度并行光路，IBM为芯片间高容量互连在现实世界的应用发展开拓了新的前景。

　　除了光数据总线，IBM还开发了拥有更多通道和更高运行速度的并行光收发器模块：24个发射器和24个接收器，每个的运行速度为12.5 Gb/s。其结果是，总体双向数据传输速率史无前例地实现300 Gb/s，接近上一代产品性能的两倍。与当今的商用光模块相比，收发器以1/10的体积和旗鼓相当的能耗，提供了10倍的带宽。另外，为了保证低成本批量生产，新的收发器还采用了标准的850纳米垂直腔面发射激光器（VCSEL）——计算机鼠标中所采用的低价器件的高速版本。通过定位于低成本和低能耗技术的创新组合，如VCSEL和CMOS芯片，IBM研究部正在为光通信的广泛普及开辟道路。

　　IBM在高带宽并行光学方面的研究素有历史，当前的突破正是DARPA（美国国防部高等研究计划局）资助计划研究成果的一部分，该计划2003年启动，主要目的在于实验论证在印制电路板上集成聚合波导以实现高带宽芯片到芯片互连。关于这项研究的细节将通过两个演讲在加利福尼亚圣地亚哥召开的2008年光纤通信会议（2008 Optical Fiber Communications Conference）上予以介绍。届时，Clint Schow将于2月25日介绍“300Gb/s、24通道全双工、850纳米CMOS光收发器”；Fuad Doany将于2月28日介绍“芯片到芯片线路板级光数据总线”。开发光数据总线及收发器技术的团队来自IBM全球的实验室，该介绍的集体作者名单包括：J. Kash、C. Baks、D. Kuchta、P. Pepeljugoski、C. Tsang、C. Patel、N. Ruiz、R. Horton、J. Knickerbocker、R. Budd、F. Libsch、 R. Dangel、F. Horst和B. Offrein等。