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光网络的未来 让电脑边“光脑”

2010-10-27 11:04
吃瓜天狼
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  2010年10月27日消息,电子计算的密度正在接近极限,要提高运算速度开始变得越来越困难,也许让电脑变成光脑时代正在到来。

  2010年7月,英特尔公司在美国加州圣克拉拉宣布了一项重大技术进步——使用光束替代电子在计算机内部及周边进行数据传输,这也就意味着英特尔开发出了世界上首个集成了激光器的硅基光电数据联结系统研究原型。与目前的铜缆技术相比,它可以实现更长距离的数据传输以及数倍的速度提升,每秒可传输高达50GB的数据——相当于一部完整的高清电影,这也许将彻底改变未来计算机的设计方式及数据中心的架构方式。

  1880年,亚历山大.贝尔曾经发明过光话,以阳光为光源,以空气为介质,以硒晶体为接收器,通话距离超过两百米。看起来像是不错,但是能够支持更长通信距离的电话出现后,这种通信方式就被人们遗弃了。

  在接近一个世纪之后,它们卷土重来。上个世纪60年代初,人们终于开发出实用的激光器,远距离的光通信也开始慢慢向我们走来。现在我们已经有了光纤构成的互联网主干,而在未来的十年之内,我们也许能够看到更多更快的光通信设备,例如安装在计算机内部的光缆线路、利用可见光传输数据的局域网,甚至是使用光而非电子来传递信号的光脑。

  世界的神经系统用一根筷子斜插进一碗水中,就会看到筷子像是奇怪地弯折了。这是因为在不同密度的透明介质边界处,光会产生折射和反射。人们从19世纪就开始试图利用这种原理让光线可以在玻璃中传递信息,但是直到1966年,才开始有了实质性的进展。那一年7月,来自国际电报电话公司英国标准通信研究所一位年轻博士的论文终结了这一困境。在那篇名为《光频率的介质纤维表面传导》的论文中,时年33岁的高锟博士列举了在长距离和大容量信息传输的情况下,介质所必需的结构和材料特征,认为如果要降低耗散,则应在材料、纯度以及折射率上进行相应的调整,并且给出了详细的计算过程和数据。四年之后,康宁玻璃公司终于通过化学气相沉积法制造出了符合要求的材料,今天这种名为光纤的玻璃纤维,已经延伸到世界上的大多数地区,让人们传递的消息瞬间可达。而高锟博士也因为这样的贡献,和其他两位物理学家一起分享了2009年的诺贝尔物理学奖。

  今天我们所使用的光纤,依然是基于高锟博士的研究而设计的。用于长距离传输的单模光纤仅比头发粗一倍,却可以承载每秒钟数千兆乃至十万兆字节的数据,并且将之传递到数百公里以外的地方;而用于短距离的多模光纤更粗一些,成本低而传输距离和带宽也要更少。中国互联网络信息中心在今年7月份发布的《中国互联网络发展状况统计报告》中提供的数据表明,现在我国与其他国家之间的连接已经达到了974G位,每秒钟可以传递30部数字版的《大不列颠百科全书2010版》。

  虽然已经够快,但是人们追求更多的欲望永远不会被满足,更多的光通信设备正在开发之中。英特尔发布的集成激光器的硅芯片级激光发射和接收器,能够稳定实现每秒50G位的数据传输。这种技术能够在一块硅片上一次制造数千个激光器,让过去这类器件的高昂成本降低到可以广泛使用的程度,让计算机之间甚至计算机内部的数据传输也可以通过细如发丝的光纤连通,大量数据瞬间即可传输完毕。

  在城市之间的骨干网络方面,日本电信公司KDDI的研发实验室和日本国立信息与通信研究院合作,在去年9月已经开发出了传输带宽能够达到每秒钟30T位的光纤电缆,是现在最高光纤速度的10倍。如果一部DVD电影的容量是4.4GB的话,这意味着这种新型电缆可以在一秒种的时间内传递850部以上的电影,并且能够在240公里远的距离上依然保证信息的完整。日本计划在2012年将主要城市之间的光纤连接都换成这种新产品,就像是把小水管扩成一条河流。在这种时候,拖慢信息传递速度的瓶颈将不再是传输介质,而会转移到中继器、交换机和路由器上。这些是如今通信所必需的设备,就像是我们的传统邮局一样。投进邮筒的信件会被收集到邮局,然后再根据不同的目标地点打包运送,在到了目的地之后会被分拣,然后再分发到收件人的信箱当中。光纤相当于火车或者飞机这样的交通工具,中继器相当于燃料,路由器相当于选择最合适的传送路径,而将我们的信息发出而收集、分拣的工作就需要由交换机来完成。

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