芯片三明治：电子芯片（顶部较小的芯片）与光子芯片集成在一起，位于一便士的顶部。图片来源：Arian Hashemi Talkhooncheh

加州理工学院和英国南安普顿大学的工程师合作设计了一种与光子芯片（使用光传输数据）集成的电子芯片——创造了一种能够以超高速传输信息同时产生最少热量的有凝聚力的最终产品。

虽然双芯片三明治不太可能进入你的笔记本电脑，但新设计可能会影响管理大量数据通信的数据中心的未来。

“每次你进行视频通话、播放电影或玩在线视频游戏时，你都在通过数据中心来回路由数据进行处理。”加州理工学院研究生 Arian Hashemi Talkhooncheh 说，他是11月3日发表在IEEE固态电路杂质上的一篇描述双芯片创新的论文的主要作者。

“美国有 2,700 多个数据中心，全球有 8,000 多个，服务器塔彼此堆叠，以管理每秒进出数千 TB 数据的负载。”

就像您的笔记本电脑在您使用它时会升温一样，数据中心中让我们所有人保持联系的服务器塔也会在工作时升温，只是规模要大得多。一些数据中心甚至建在水下，以便更容易地冷却整个设施。它们的效率越高，它们产生的热量就越少，最终，它们能够管理的信息量就越大。

数据处理是在电子电路上完成的，而数据传输是使用光子学最有效地完成的。在每个领域实现超高速非常具有挑战性，但设计它们之间的接口则更加困难。

“不仅在数据中心，而且在高性能计算机中，都不断需要提高不同芯片之间的数据通信速度。随着芯片计算能力的扩大，通信速度可能成为瓶颈，尤其是在能源紧缩的情况下制约因素，”Andrew and Peggy Cherng 电气工程和医学工程教授 Azita Emami 说；同时他也是电气工程执行官和该论文的高级作者。

为了应对这一挑战，加州理工学院/南安普顿团队从头开始设计了电子芯片和光子芯片，并共同优化了它们以协同工作。从最初的想法到实验室的最终测试，这个过程花了四年时间才完成，每一个设计选择都会影响到这两款芯片。

“我们必须同时优化整个系统，从而实现卓越的电源效率，”Hashemi 说。“这两个芯片实际上是为彼此制造的，在三个维度上相互集成。”

由此产生的两个芯片之间的优化接口允许它们每秒传输 100 吉比特的数据，同时每个传输比特仅产生 2.4 皮焦耳。与当前最先进的技术相比，这将传输的电光功率效率提高了 3.6 倍。皮焦耳是焦耳的万亿分之一，焦耳的定义是 1 安培电流通过 1 欧姆电阻在一秒内释放的能量——或约 0.24 卡路里。

Emami 说：“随着世界变得越来越紧密，每台设备都会产生更多数据，令人兴奋的是，与传统技术相比，我们可以实现如此高的数据速率，同时消耗一小部分能量。”

来源：TechXplore