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MIT Technology Review 的 Self-Powered Silicon Laser Chips 是 UC 之神话传统仍在继续的又一例证。

把废弃热量转化为电能是很多人都有过的设想，不管是在宏观还是微观领域，不过这念头和“中国人民拥有最广泛的言论自由”一样，产生它不需要多高深的知识，实现它可能比在月球找到拉登还难。

Bahram Jalali，UCLA，Henry Samueli School of Engineering and Applied Science 的电子工程学教授，找到了减少硅激光芯片能耗的新方法，使其在光计算领域能更有商业可行性。他的新方法把多余热能转化为电能，除了加速电脑内的通信外，还推进了硅光子学的发展。他将硅激光中最耗能的部分变成了能量发生装置，此举可能帮助工程师们在商业处理器中集成更快的光部件。

Jalali 认为这个个方法不光是在产生能量，实际上是在“回收 recovery”能量。“听起来美好到不可能是真的，不过确实如此。”现代计算机的硅芯片上集成了越来越的晶体管，它们正在达到原理上极限：芯片的以及主板间的数据吞吐，都通过铜管线进行，随着能耗和数据量的增加，阻抗也越来越高，最终铜线达到极限。此前玩弄处理器市场的大佬们以及碰到本质上相同的问题的电信企业，其实已经通过踢开铜质管线解决了这个问题－－在长距离通信中，用光纤承载的光束来传输数据。新一代的乖孩子芯片制造商，比如 Intel，正在构建同理系统的微型版本，利用光波更强的承载能力，在芯片内那个超短的距离内，不再受阻抗的限制。

话要先回到 2 年前，那时 Jalali 实现了第一个突破，用硅制造激光束。大多数激光通常是通过其他材料发生的，这是因为硅的物理特性，它不太容易发生光。如果真能从硅中发生激光，那么生成光信号将非常便宜而且简单。半导体工业对硅的特性当然早已烂熟于胸了。去年，Intel 发扬了 Jalali 的工作，他们做出了更好的硅发生激光，并且有了将信号编码进光束的调制器－－硅光学 silicon photonics 就这么诞生咯。MIT Technology Review 2005 年 7 月有报道 “Intel’s Breakthrough” 。

问题是，当时，为了取得激光效应 lasing effect，Jalali 和 Intel 的做法都是从外部用一束激光射入硅片，激光束的能量与材料相互作用产生新光束。不过，高亮度的激光束同硅相遇，使硅产生了无用的多余电子，它们会吸收产生的光子，因而破坏了激光的作用。Jalali 形容“原料变得像海绵一样，开始吸收光”。

Intel 解决这个问题的方法是，附上一块二极管，给芯片通电，达到像真空吸尘器一样的效果来吸收电子（进而让它不要吸收我们的光子），不过这需要 1 瓦的电能－－这点儿能量足够催动芯片上的 100万 个晶体管了。通过芯片的电流还产生了废热，有可能导致芯片不能工作。

之后，Jalali 的好奇心带来了现在我们正在说的成果，他想如果翻转二极管电能中电压的偏压会怎样－－这本来会翻转硅内部的电场。结果是：翻转后的偏压除了仍然能完成本职工作带走电子外，那一瓦特的能量消耗也没了 :-)

那么，大致的原理？在相当多的程度上，和太阳能电池被太阳光中的光子碰撞时产生电能一样，当激光中的两个光子在硅中结合的时候，硅激光中额外的电子就被释放出来了。Jalali 的设备发掘了这些富余的电子，他用这些电子来运行芯片中的晶体管。用于产生电子而丢失的大约 2/3 的光能现在可以被收回并投入使用了。现在用不着那用于清除电子又会产生热量的 1 瓦特，Jalali 的方法可以产生几毫瓦的能量了。

Jalali 的工作是在著名的 DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency）的一个计划投资下进行的，该计划就是为了推动硅光子学的发展。上周在加拿大的一个会议上，他宣布了自己的成果。他说如果要投入使用，现在的电子搜捕装置应该缩小到现有尺寸的 1/10，他估计这要花 3 年时间。

Mario Paniccia, Intel 的 Photonics Technology Lab 的 director，说 Jalali 的工作表明了硅光子学正在走向实用。“它正处于正确方向……确切地如何使用（这个产生效应）以及将其应用仍然需要优化”。

Intel 正在进行开发硅光子系统的多个关键部件的计划，不光包括光源，还有用于加入信号的调制器，提高性能的光学放大器，光探测器和低损失的光导管。Paniccia 期望实验室的工作能在 2010 年投入实用。开始用于机架间的电脑间通信，然后是计算机主板部件之间，最后是芯片之间。

Jalali 的方法还不是万灵药。在极高光亮情况下，漂移电子的数量会多到反偏压也不能完全消除它们－－除非用更多能量。对一些应用来说，芯片设计者更希望有片上激光，靠电流产生，而不是由另外的激光带来的光产生，就像目前的硅激光芯片要求的那样。不过，在很多情况下，Jalali 说，外部激光源也有优势－－它减少了芯片自身所用的能量。

Paniccia 把硅光子学的发展比作晶体管的发明。基于电子管的计算机过去要占满多个房间，直到晶体管出现缩小了计算机的体积，然后是集成电路，终于把强大的计算机带到了背包就可以带走的地步。类似的，他构想，硅光子有一天能把安置在机房的路由器和其他设备缩小到芯片大小。“它将发掘光更多的能力，把光的福祉，带到它们以前不可能达到的地方”。

给先生露个脸：

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:: Posted on 2006-07-07, Friday - 12:45am. Filed under Technology catagory(ies). This is the Permanent Link of the post.