7月27日，英特尔研究院正式发布了50G硅基光电联结系统的研究成果。利用混合硅激光器技术，英特尔开发出世界上第一个集成激光器的硅基光电数据联结系统，并在实验室内完成了每秒500亿比特（50Gbps）的数据传输速度。基于该技术的低成本、高速光纤通讯技术未来可以彻底改变从上网本到超级计算机等各种系统的数据传输方式。
英特尔中国研究院参与了有关硅基光电联结系统的技术宣讲会，由英特尔研究院副总裁、电路与系统研究院总监王文汉博士和英特尔研究院光电子技术实验室首席工程师刘安胜博士介绍了“50G硅基光电联结系统”的研发背景，关键技术以及应用前景。
王文汉博士首先介绍了光电通信的发展历程。他表示，从20世纪60年代激光器首次问世到今天，人们已经可以利用激光器产生各种超高带宽、超长距离、免受电噪声干扰的激光，以此推动了高速通信的巨大发展。而自从1959年集成电路发明以来，大批量、低成本制造高集成、可扩展的电路成为现实，半导体行业不断推动计算性能的提升和成本的降低。如果让在硅材料中传播接近真空光速的激光进入高集成度的硅元件中，进行数据与信号的传输，将会为计算与通信带来怎样的革命？这两者的结合就是硅光电技术。
激光器的发展历程与半导体工艺的发展历程
作为一项新兴技术，硅光电技术（Silicon Photonics）是利用标准硅实现计算机和其它电子设备之间的光信息发送和接收。简单地说，该技术就是用光来替代传统的铜导线传输信号，以获得更高的传输速度。
王文汉博士表示，英特尔一直在致力于用硅技术+激光器实现更高传输速率更低成本的光通信技术——从而大幅度的降低产品尺寸、成本和能耗。他认为，硅光电技术将有效提高系统内部和外部的传输速度，从而消除电信号传输带来的瓶颈，将光信号传输革命性的应用在计算和通信领域。#p#
系统原理和关键技术
据刘安胜博士介绍，英特尔从90年代中期开始就在进行硅光电技术的研究，但由于硅材料更适用于电路传输而不是光波，因此硅基激光的产生一直是问题——在源头就有问题。直到2005年2月，英特尔宣布用标准硅组件开发了全球第一套能驱动连续激光的“连续波拉曼激光器”，利用拉曼效应与硅晶结构来放大通过硅组件的激光，将外部光源导入实验芯片之后可以产生连续的激光束。
在取得了突破性进展之后，2006年全球首个混合硅激光器在英特尔和加州大学圣巴巴拉分校的联合研发下诞生。通过将磷化铟（Indium Phosphide）的发光属性和硅的光路能力整合到单一芯片中，该技术使得计算机内部可采用低成本、万亿比特级的光学数据通道，并使高性能计算迎来新的时代。
2007年旧金山IDF，英特尔宣布已经开发成功全新的硅激光调节器，能够以40Gb每秒的速度对数据进行编码——到了2008年2月，则发布了全球首款“级联拉曼硅激光器”，该激光器与2005年的“连续拉曼激光器”相比，将激光波长衍生到中红外区，实现了正大的性能提升。
2008年12月，英特尔发布了“雪崩硅激光电探测器”，以硅和CMOS工艺实现了有史以来最高的340GHz“增益带宽积”，利用半导体的“雪崩特性”，使得硅基光电设备首次超越了传统玻璃材质光纤传输设备，从成本上考虑，硅材质光传输设备更适合大批量生产，降低成本。
Light Peak“光峰技术”是2009年IDF上发布的新技术，其10Gb/s的高带宽将可以在未来5年内为人们提供高清视频传输、移动数据等更轻便，更快速的传输连线技术。
今天英特尔发布了50Gb传输速率的硅基光电技术，从外观来看十分类似于Light Peak“光峰技术”。从下图可以看出，它同样由发射模块和接收模块组成，光纤做传输介质，其核心技术还是发射和接收信号的硅芯片。
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硅基芯片如何产生激光
那么硅基芯片本身并没有光学特质，又是如何产生激光的呢？笔者记得第一个激光器是红宝石激光器，利用均匀红宝石两端的不透光性（一端75%，一端100%），使得电激发一端的光子，另一端发出具有极规则约束的红色光束——经典的红宝石激光器。那么从下图可以看出，这款50Gb激光器的原理是之前介绍的一系列技术的叠加。
利用了磷化铟（Indium Phosphide）的发光属性在后端做组合激光器，通过雪崩效应增益，前端芯片部分集合了几个通道的调制器将传入芯片的信号与光源调制在一起，然后多路复用之后形成载波光束传入光纤。下图所示的发光原理是硅基光电激光器的根本关键技术，它自激发产生的光子特性解决了硅基芯片不适用于光环境的问题——进一步想，若是在CPU中铺上这层物质，是否CPU得计算可以用光来进行而非直流电？那么漏电带来的功耗和发热问题是否就进一步得到了解决？而限制半导体工艺中的漏电问题是不是也迎刃而解进而可以突破到更先进的工艺？这都是可以迁移和引发设计思路的问题。
接收端的情况类似，接收芯片利用一个光信号分离电路用于将光子转化为电子信号，之后由光电解调器识别信号输出。
整体结构如下图，除了硅基光电芯片之外（倒装），还能看到辅助的电路板、可插拔的光缆连接——很多人可能会误以为那个插拔的东西是芯片，其实不是。
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未来应用无限
从信号强度和信噪比的“鱼眼图”可以看出，这款50Gb硅基光电联结系统的传输性能是相当不错的。刘安胜博士还表示，实际上这是实验产品的测试数据，在未来面向商业化产品的过程中这些设计还会进一步优化，进而带来更好的性能提升。
反过来，采用多路级联等技术，英特尔可以进一步将50Gb的联结速率提升到100Gbs。如下图，将调制方式改变进而提升单路载波的信息量，使得四通道硅基光电传输的整体速度达到100Gbps；另一个方法是通过八通道方式同一时间发送100Gbps的数据。两种做法效果一样，但针对的应用却不相同（类似高频率少内核，低频率多内核分别适用于串行应用和并行应用一样）。
从应用上来看，王文汉博士表示，未来这一技术将普遍应用于激光光谱学、健康保健、环境监测、生物医学分析、工业流程控制、自由空间通信及温室气体测量等各领域，拥有极为广阔的商业应用前景，并在性能、成本、体积等多方面均具优势。
那么50Gb/s的速度能干什么呢？
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