科學家研發新型數據傳輸系統 速度比USB快10倍

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近日，科研人員成功開發出了一種全新的數據傳輸系統，將高頻硅芯片與細如髮絲的聚合物電纜配對，實現比 USB 快 10 倍的信息傳輸速度。該系統有朝一日可能會提高數據中心的能源效率，並減輕電子產品元件的負荷。

這項研究於今年 2 月在 IEEE 國際固態電路會議上發表，主要作者是的 Jack Holloway ’03, MNG ’04，他在去年秋天完成了麻省理工學院電氣工程和計算機科學（EECS）系的博士學位，目前在 Raytheon 公司工作。共同作者包括在 EECS 的 Holloway 博士生導師、副教授 Ruonan Han，以及英特爾的高級研究員 Georgios Dogiamis。

Holloway 表示：“算機芯片之間共享的信息量呈爆炸式增長--雲計算、互聯網、大數據。而這其中有很多是通過傳統的銅線發生的。但銅線，如 USB 或 HDMI 電纜中的銅線，是很耗電的--尤其是在處理重數據負載時”。

Holloway 表示雖然對通過長度超過一米的導管進行快速數據傳輸（超過每秒100千兆位）的需求日益增長，但目前主流的解決方案一直是“越來越笨重和昂貴的”銅線。

銅線的一種替代方案是光纜，不過這也有自己的問題。銅線使用的是電信號，而光纖使用的是光子。這使得光纖能夠快速傳輸數據，而且能量耗損小。但電腦芯片通常不太兼容光子這使得光纖電纜和電腦之間的互連成為一個挑戰。Holloway 説道：“目前還沒有辦法在硅中有效地產生、放大或檢測光子。雖然有各種昂貴而複雜的集成方案，但從經濟學的角度來看，這不是一個很好的解決方案”。

該團隊的新鏈路吸取了銅管和光纖導管的優點，同時沒有它們的缺點。Dogiamis 説：“這是一個很好的互補解決方案的例子。他們的導管是由塑料聚合物製成的，所以比傳統的銅纜更輕，製造成本也可能更低。但當聚合物鏈路以亞太赫茲電磁信號運行時，它在傳輸高數據負載時的能效遠遠高於銅纜。新鏈路的效率可與光纖相媲美，但有一個關鍵優勢："它可以直接與硅芯片兼容，無需任何特殊製造”。

該團隊設計了這樣的低成本芯片與聚合物導管配對。通常情況下，硅芯片難以在亞太赫茲頻率下運行。然而該團隊的新芯片卻能產生那些高頻信號，並有足夠的功率將數據直接傳輸到導管中。研究人員表示，從硅芯片到導管的這種乾淨的連接意味着整個系統可以用標準的、具有成本效益的方法來製造。

而且新線纜在尺寸上也優於銅管，Han 表示：“我們的電纜的橫截面積是 0.4 毫米× 0.25 毫米，所以，它超級微小，就像一縷頭髮。儘管它的尺寸很細，但它可以攜帶大量的數據，因為它通過三個不同的平行通道發送信號，並由頻率分開。該鏈路的總帶寬為每秒105千兆比特，幾乎比基於銅纜的 USB 電纜快一個數量級”。Dogiamis説，這種電纜可以解決帶寬挑戰，因為我們看到這個大趨勢朝着越來越多的數據發展。