Ayar實驗室已成功大幅縮小了目前通過光纜在數據中心周圍傳輸數據所使用的硅光子元件的尺寸，并降低了其功耗。該設備可將數據編碼到來自紅外激光器的多種波長的光上，通過光纖發送光。

Avicena的芯粒則與眾不同，它使用的不是紅外激光，而是由藍色microLED制成的微型顯示器所發出的普通光。Avicena的硬件通過專用光纜中的不同路徑并行發送數據，而非多路復用所有的光數據使其沿單根光纖傳輸。

Ayar具有歷史積淀優勢，該公司為客戶提供的技術類似于其已經投入使用的遠距離數據傳輸技術。而這場競賽中的黑馬Avicena則受益于微顯示行業的持續發展。微顯示行業未來將由虛擬現實設備乃至增強現實隱形眼鏡主宰，在這兩項技術的推動下，預計該行業的年增長率將達到80%，到2030年達到1230億美元。

電信分析公司LightCounting的創始人兼首席執行官弗拉基米爾?科茲洛夫（Vladimir Kozlov）表示：“這些公司在風險和創新方面處于兩個極端?！?/span>

Avicena的硅芯片LightBundle由一個氮化鎵microLED陣列、一個同等大小的光電探測器陣列和一些I/O電路組成，從而實現與處理器的通信，輸入數據。兩根直徑0.5毫米的光纜將一個芯粒上的microLED陣列連接到另一個芯粒上的光電探測器，反之亦然。這些光纜類似某些內窺鏡中的成像線纜，包含一束與片上陣列對齊的光纖芯，其光纖芯有數百根之多，可為每個microLED提供自己的光路。

該公司首席執行官巴迪亞?佩澤什基（Bardia Pezeshki）解釋說，除這種光纜外，Avicena還需要另外兩樣東西。“第一樣我認為是最能令所有業內人士驚訝的，即能夠以10千兆比特/秒的速度運行的LED?！彼f?？紤]到5年前可見光通信系統的技術水平只有數百兆赫，“這太驚人了”。2021年，Avicena的研究人員發布了一種microLED，并將其稱為腔增強型光微發射器（CROME）。這些器件是開關速度得到優化的microLED，優化方法是將電容最小化并犧牲了一些將電子轉化為光的效率。

氮化鎵通常不會被集成到硅芯片上用于計算，但得益于microLED顯示行業的進步，這種做法基本上得以實現。為了尋求用于增強現實/虛擬現實等的明亮發射顯示器，蘋果、谷歌和Meta等科技巨頭花了數年時間來研究如何將已經構建的微米級LED轉移到硅和其他表面上的精確點上。佩澤什基說，現在“每天會這樣做數百萬次”。Avicena最近從其硅谷“鄰居”Nanosys那里購買了開發CROME的晶圓廠。

第二個元件是光電探測器。硅不善于吸收紅外光，因此硅光子系統的設計者一般會制造相對較大的光電探測器和其他元件來進行補償。但由于硅很容易吸收藍光，Avicena系統的光電探測器只需要零點幾微米深，就可以輕松集成到成像光纖陣列下的芯粒中。佩澤斯基表示，十幾年前，斯坦福大學的大衛?A.B.米勒（David A.B. Miller）就已證明探測藍光的互補金屬氧化物半導體（CMOS）光電探測器的速度足以完成這項工作。

佩澤什基說，結合成像光纖、藍色microLED和硅光電探測器的系統每秒可在原型機中傳輸“許多”太比特。與數據速率同樣重要的是移動1比特所需的低能耗?！肮韫庾訉W的目標值為每比特幾皮焦耳，來自那些在商業化方面走在我們前面的公司?！迸鍧墒不f，“我們已經打破了那些紀錄?！痹谘菔局?，該系統移動數據的能耗大約為每比特半皮焦耳。這家初創企業的第一款產品預計將于2023年推出，但不會直接用于處理器，而是先用于連接數據中心機架里的服務器。佩澤什基表示，用于芯片到芯片光鏈路的芯粒將“緊隨其后”。

不過，microLED的數據移動能力有限。因為LED光是非相干光，所以受到色散效應的影響，其移動距離會被限制在10米左右。相比之下，激光天生擅長遠距離傳輸；Ayar的TeraPHY芯粒最遠可達2公里，顛覆超級計算機和數據中心架構的能力甚至可能超過Avicena的技術。Ayar的首席執行官查理?烏伊斯帕德（Charlie Wuischpard）說，它們可以讓計算機制造商徹底地重新思考其架構，促使它們制造“本質上是單塊計算機芯片卻以機架規模構建的計算機”。他說，該公司正在與合作伙伴GlobalFoundries一起擴大生產，并將于2023年與合作伙伴一起制造原型機，不過不太可能公開。

科茲洛夫表示，預計會有更多競爭者出現。計算機制造商希望獲得“不僅能在未來兩到三年內有所幫助，還能在未來幾十年提供可靠改進”的解決方案。畢竟，他們在尋求取代的銅連接也在不斷改進。

作者：Samuel K. Moore

IEEE Spectrum

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