技术前沿 | 一种硅基光电子学方法：让数据中心效率倍增

博士生杰西卡-彼得森和教授约翰-康利在讨论其小组的一个原子层沉积系统的操作。

俄勒冈州立大学提供。

根据美国能源部（DOE）的数据，数据中心每平方英尺的能耗比典型的办公大楼高50倍，数据中心用电约占美国所有用电的2%。

因此，需要以高能效系统为特征的互连，以减少电力消耗。

近日，俄勒冈州立大学和贝勒大学的研究人员已经开发出一种硅基光电子学方法，可以减少数据中心和超级计算机中使用的光子芯片所消耗的能量。具体来说，这种节能方法可以补偿导致芯片性能下降的温度变化。

研究人员在工作中以硅微环谐振器（Si-MRR）为目标；据研究人员称，硅微环谐振器在片上波分复用（WDM）系统中发挥着重要作用。这是由于它们具有超紧凑的尺寸和低能耗。然而，Si-MRRs的谐振波长对温度波动和制造过程的变化非常敏感。研究人员表示："通常情况下，波分复用系统中的每个Si-MRR需要通过使用PIN二极管的自由载流子注入或消耗高功率的热加热器来精确控制波长。“

因此，需要大量的能量来保持这些芯片的性能和温度的稳定。

研究人员通过实验展示了门控调谐，片上波分复用滤波器，使用Si-MRR阵列，由高流动性的掺钛氧化铟门驱动，在整个通道间距内具有大的波长覆盖。据俄勒冈州立大学工程学院的John Conley说，通过栅极电压控制原型意味着几乎不需要使用电流来获得控制。

利用这种方法，研究人员表明，有可能将光子芯片的温度控制所需的能量减少100万倍以上。

片上波分复用器由四个级联可调谐的Si-MRR组成，其金属氧化物半导体栅极由高流动性透明导电氧化物形成，显示出比反转p-n结大得多的电光效率。

贝勒大学的研究人员Alan Wang说，光电子行业完全依靠热加热器来微调高速电光器件的工作波长，并优化其性能。他说，这些热加热器在每个设备上要消耗几毫瓦的电力。

"考虑到一个典型的LED灯泡使用6到10瓦，这听起来可能不多"，王说。"然而，将这几毫瓦乘以数百万个器件，它们很快就会增加，所以随着系统规模的扩大，变得更大更强，这种方法面临着挑战。"

"我们的方法对地球来说更容易接受"，康利教授补充说。"有一天，它将使数据中心不断变得更快、更强大，同时使用更少的能源，这样我们就可以访问由机器学习驱动的越来越强大的应用程序，如ChatGPT，而不会感到内疚。"

这项研究得到了英特尔、美国宇航局和国家科学基金会的支持，并发表在《科学报告》 (www.doi.org/10.1038/s41598-023-32313-0) 上。

来源：逍遥科技 | 编译自 Photonics Media

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