光處理器運行的原理是什麼？為什麼製造難度這麼大？

01-04

科羅拉多大學研發出第一個完全使用光而不是電來傳輸數據的處理器。該原型產品包含850 個輸入或輸出的光學元件，每平方毫米的處理帶寬為 300Gbps。運算速度是普通基於電信號設計的 10 倍至 50 倍。該設計的重點是利用原有的處理器架構設計但用光學部件代替原來的電子部件。

不單運算速度提升了很多，光處理器還更加節能。

謝邀。

Engadget的原文在這：Researchers show off a working light-based processor，裡面沒有提及具體的researcher的名字，但根據這裡的描述我猜測應該是這個組：Nanophotonic Systems Laboratory, CU Boulder（其實Colorado U有好幾個組都在做相關課題的）

已經有答主說過了，這個並不是嚴格意義上的光處理器，更主要的是用光學器件來實現傳輸通信以替代傳統的「導線」。

用光學器件好處在哪呢？

我們知道傳統的計算機是用電來傳播信號的，而電信號的傳播特性則高度依賴於傳播介質。拿一根導線來說，我們希望它是無電阻無電容無電感的一根理想導線，這樣信號傳播過去就可以保持原樣。然而實際上的導線模型是這樣的：

可見當信號流過一個導線時是要經過電阻+電容+電感的網路的。結果就是信號延遲增加（影響同步），波形扭曲，而且還要考慮到鄰近導線的干擾。當信號頻率達到GHz級別的時候，想要克服以上幾個因素造成的影響簡直困難重重。

這時候如果用光學器件通信的話，就在很大程度上避免了信號在傳輸過程中介質的影響和干擾（光傳播甚至不需要介質）。

但應用光學器件的困難在於，光學器件本身一定要反應靈敏，比如你傳輸GHz級別的信號，那器件自身的延遲一定要小於ns級別；並且還要小巧靈活，畢竟一個晶元上的面積寸土寸金；最後就是要節能，現在晶元多麼強調功耗我已經不用再重複了吧。。

要想攻克以上難點，途徑之一就是運用納米光學技術：nanophotonic 。（到這個層面我已經不懂了，就不胡說八道了。。）

當然作為一個不是很成熟的技術，直接應用到超大規模集成電路還是有點不現實的，所以

上面說的那個組在做的是把這個技術和現有的集成電路技術結合，專門用光學器件來實現通信，而晶元的主要邏輯功能還是要靠硅器件。

上面那個組裡主頁里關鍵的一段話摘錄如下：

Together with collaborators at Berkeley and MIT, we have recently demonstrated the integration of electronics and photonics on the same chip on the largest scale by far to date, with over 70 million transistors and 1000 photonic devices, including two state-of-the-art, functional, RISC V vector-core microprocessors. The most recent results demonstrated record efficiency (20 fJ/bit) photonic transmitters and the first infrared receivers in unmodified, sub-100nm, monolithic CMOS technology

大意就是他們展示了迄今最大規模的電子和光子集成在一起的晶元，這是一個有7千萬個三極體和1000個光學器件的RISC V vector-core的晶元。最新結果表明他們的transmitters用在現有CMOS技術里也可以到20 fJ/bit的功耗. (1fJ = 10^-15J).

個人覺得，這項技術如果能經濟地實現（不光是製造成本，還有功耗，面積等），用途確實是相當廣泛的，比如可以用作和內存通信的介面（內存的速度已經被吐槽多少年了。。），也可以用於實現Network-On-Chip。前途無量啊。。

謝邀。此文發表後也曾引起組內關注，是一個很好的工作。在此隨便瞎扯兩句：

1. 嚴格來講這其實並不是真正意義上的光處理器，最重要的邏輯以及存儲都是採用的傳統的電子器件完成的。硅光器件只是起到了片間互聯的作用。

2. 至於所謂的低能耗我目前還持保留態度，畢竟此晶元依然使用的是外接激光光源。而矽片上大規模集成半導體激光器恰恰是目前一個急需解決的問題。

3. 此晶元的生產工藝倒是很成熟的，用的是IBM的SOI工藝，報道於2006年IEDM。不過如果將來想引入片上光源的話，目前的工藝（或者說更重要是CMOS兼容的半導體材料）還不行。

總之，前途是光明的，道路是曲折的。否則要麼們這麼多搬磚的幹嘛，此處省略三個哈。

最後吐槽一句，第一單位明明是伯克利，為啥國內的新聞都報道成科羅拉多，有牛人知道的話還請指教一二。

光的傳輸與運算相比於電來說確實優勢巨大。因為它實時性太好了。

但是，很遺憾有但是。怎麼留住光或者說把光信息存下來呢？這是現在限制光信號處理最大的瓶頸。若是還是光電轉換為電存下來（很多光處理技術都這麼用），整個系統就會受制於電信號。頻率資源和時間資源都受到限制。

光是光明的。

剛去粗略看了下nature上的摘要和補充視頻，還沒下到正文，拋磚引玉下，光子處理器的瓶頸是暫時無法用純光子通路的方式模擬出高效率超小尺寸的二極體和三極體（即無法有效形成開關和放大），本文也提到了此，他們的主要器件還是以電子器件居多（7000萬晶體管和850個光學器件），但使用standard microelectronics foundry process（標準微電子製造流程？）來設計光學器件，做出的微光子器件是100nm量級（波導）和與晶體管小於1um的相鄰距離，並實現了整體通訊，這是難能可貴的。

這個算光電混合晶元，要克服的主要困難是經濟的製造出可以集成到硅晶元內部的高效的光發生器和光電轉換器。

謝邀，自己是一個大四學渣。傳統CPU都不懂。更不要說這個。

百度百科光子計算機 http://baike.baidu.com/view/104195.htm