“光脑”来袭

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1、“光脑”来袭　　现在，电脑已成为我们工作、生活中密不可分的亲密伙伴，上网冲浪要用它，查询资料要用它，看电影电视要用它……然而，随着电脑的使用越来越普遍，随之而来的烦恼也越来越多：电脑处理速度越来越慢，经常卡住甚至死机，时间一长电脑散热不良，总是需要定时清理……　　那么，有没有一种电脑能让我们甩掉这些烦恼？它的速度能否超越目前最快的超级计算机？对此，“光脑”给出了答案。　　何谓“光脑”？　　所谓“光脑”，其实是对应于电脑而言，是光子计算机的简称。　　光子计算机的基本组成部件是集成光路，它用不同波长的光代表不同的数据，以大量透镜、棱镜和反射镜将

2、数据从一个芯片传送到另一个芯片。由于光子比电子速度快，光子计算机的运行速度高达1万亿次，存贮量是电子计算机的上万倍，还可对语言、图形、手势等进行识别与合成。　　研制光子计算机的设想早在20世纪50年代后期就已提出。1986年，贝尔实验室的戴维?米勒研制出小型光开关，为同实验室的艾伦?黄研制光处理器提供了必要元件。1990年1月，艾伦?黄的实验室宣布研制出世界上第一台光子计算机。　　但光子计算机需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学“晶体管”。而现有的光学“晶体管”庞大而笨拙，若用它们造成台式计算机，将有汽车那么大。因此，短期内光子计

3、算机还无法实现商业化生产。4　　比超级计算机快一万倍　　与普通的计算机相比，“光脑”性能更优异，运算速度更快，存储量更大，能耗更小，散热更低。那么，它是怎么做到的呢？　　并行传输――让电脑不再“休息”。由于目前电子计算机的CPU（中央处理器，相当于人的大脑）采用串行的处理方式，直接导致其工作时间实际只占了总时间的三分之一，那么它的大部分时间用来做什么了呢――用在了传输数据上，也就是我们所说的缓存。　　试想一下，本来性能就一般的家用电脑还把大部分时间用来“休息”，这不是要气死宝宝吗？幸好，“光脑”通过光子进行数据传播，光子彼此之间没有干扰，齐

4、头并进。因此，当电子排着长队一个个缓慢通过处理器到达缓存时，光子已经肩并肩开着光速飞机飞驰而过了。　　超高速运算――比超级计算机快一万倍。电子的传播速度是593km/s，而光子的传播速度却达300000km/s。对于电子计算机来说，电子是信息的载体，它只能通过一些相互绝缘的导线来传导，即使在最佳情况下，电子在固体中的运行速度也远低于光速，尽管目前电子计算机运算速度不断提高，但它的最高速度仍是有限的。而光子计算机并行处理能力强，因而具有更高的运算速度。它一旦成功问世，将比现在的超级计算机快1000～10000倍。　　海量存储――超强的信息通过

5、能力。与电子计算机相比，光子计算机具有超大规模的信息存储容量。光子计算机具有极为理想的光辐射源――4激光器，光子的传导是可以不需要导线的，而且即使在相交的情况下，它们之间也不会产生丝毫的相互影响。光子计算机无导线传递信息的平行通道，其密度实际上是无限的，一枚五分硬币大小的枚镜，它的信息通过能力竟是全世界现有电话电缆通道的许多倍。　　更低能耗――能量消耗小，散发热量低。电子计算机随着装配密度的不断提高，会使导体之间的电磁作用不断增强，散发的热量也在逐渐增加，从而制约运行速度。而光子计算机就没有这种烦恼，光子计算机是一种节能型产品，它的驱动只需

6、要同类规格的电子计算机驱动能量的一小部分，这不仅降低了电能消耗，大大减少了机器散发的热量，还为光子计算机的微型化和便携化研制提供了便利的条件。　　“光脑”的灵感来自蝴蝶　　正如牛顿从树上掉下的苹果上最终悟出著名的万有引力定律，瓦特从沸腾的水中得到灵感发明蒸汽机，科学家开发“光脑”的灵感也来自大自然。科学家开发“光脑”的灵感来自蝴蝶翅膀中的光子晶体。　　科学家发现蝴蝶翅膀漂亮的颜色既不是染料色也不是颜料色，而是一种新奇的色彩――结构色彩。这种结构色彩饱和度高、光泽绚丽、环境友好且永不褪色。　　蝴蝶翅膀中特定的周期性结构对光具有调控性能，使某一

7、频率范围的波不能在此周期性结构中传播而被散射回来，人们将这种具有特定周期性结构的物质称为光子晶体。　　类似于电子计算机中半导体元件可以对电子选择性通过，光子计算机中的光子晶体也可以作为光的开关，实现“0和1”的逻辑运算。光子计算机中的关键部件激光器就是通过这一原理实现的。　　何时“飞入寻常百姓家”4　　光子计算机由光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备组成。光子计算机有模拟式与数字式两类。　　模拟式光子计算机的特点是直接利用光学图像的二维性，因而结构比较简单。这种光子计算机已用于卫星图片处理和模式识别工作。　　数字式光子计算机的结构方案有

8、许多种，其中被认为开发价值比较大的有两种，一种是采用电子计算机中已经成熟的结构，只是用光学逻辑元件取代电子逻辑元件，用光子互连代替导线互连；另外一种是全新的，以并行处理（光学神经