科学家研发新型数据传输系统 速度比USB快10倍

近日，科研人员成功开发出了一种全新的数据传输系统，将高频硅芯片与细如发丝的聚合物电缆配对，实现比 USB 快 10 倍的信息传输速度。该系统有朝一日可能会提高数据中心的能源效率，并减轻电子产品元件的负荷。

Credit: Courtesy of the researchers, edited by MIT News

这项研究于今年 2 月在 IEEE 国际固态电路会议上发表，主要作者是的 Jack Holloway ’03, MNG ’04，他在去年秋天完成了麻省理工学院电气工程和计算机科学（EECS）系的博士学位，目前在 Raytheon 公司工作。共同作者包括在 EECS 的 Holloway 博士生导师、副教授 Ruonan Han，以及英特尔的高级研究员 Georgios Dogiamis。

Holloway 表示：“算机芯片之间共享的信息量呈爆炸式增长--云计算、互联网、大数据。而这其中有很多是通过传统的铜线发生的。但铜线，如 USB 或 HDMI 电缆中的铜线，是很耗电的--尤其是在处理重数据负载时”。

Holloway 表示虽然对通过长度超过一米的导管进行快速数据传输（超过每秒100千兆位）的需求日益增长，但目前主流的解决方案一直是“越来越笨重和昂贵的”铜线。

铜线的一种替代方案是光缆，不过这也有自己的问题。铜线使用的是电信号，而光纤使用的是光子。这使得光纤能够快速传输数据，而且能量耗损小。但电脑芯片通常不太兼容光子这使得光纤电缆和电脑之间的互连成为一个挑战。Holloway 说道：“目前还没有办法在硅中有效地产生、放大或检测光子。虽然有各种昂贵而复杂的集成方案，但从经济学的角度来看，这不是一个很好的解决方案”。

该团队的新链路吸取了铜管和光纤导管的优点，同时没有它们的缺点。Dogiamis 说：“这是一个很好的互补解决方案的例子。他们的导管是由塑料聚合物制成的，所以比传统的铜缆更轻，制造成本也可能更低。但当聚合物链路以亚太赫兹电磁信号运行时，它在传输高数据负载时的能效远远高于铜缆。新链路的效率可与光纤相媲美，但有一个关键优势："它可以直接与硅芯片兼容，无需任何特殊制造”。

该团队设计了这样的低成本芯片与聚合物导管配对。通常情况下，硅芯片难以在亚太赫兹频率下运行。然而该团队的新芯片却能产生那些高频信号，并有足够的功率将数据直接传输到导管中。研究人员表示，从硅芯片到导管的这种干净的连接意味着整个系统可以用标准的、具有成本效益的方法来制造。

而且新线缆在尺寸上也优于铜管，Han 表示：“我们的电缆的横截面积是 0.4 毫米× 0.25 毫米，所以，它超级微小，就像一缕头发。尽管它的尺寸很细，但它可以携带大量的数据，因为它通过三个不同的平行通道发送信号，并由频率分开。该链路的总带宽为每秒105千兆比特，几乎比基于铜缆的 USB 电缆快一个数量级”。Dogiamis说，这种电缆可以解决带宽挑战，因为我们看到这个大趋势朝着越来越多的数据发展。