據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)11月6日（北京時間）報道，要擴(kuò)大數(shù)據(jù)中心的規(guī)模同時降低其成本和能耗，大幅度提高這些數(shù)據(jù)中心的計算、存儲和聯(lián)網(wǎng)密度才是硬道理。為此，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布工程學(xué)院的研究人員提出了一種全新的設(shè)計方案——“芯片上的機(jī)柜（racks-on-chip）”。按照他們在《科學(xué)》雜志上的描述，未來的數(shù)據(jù)中心將“進(jìn)化”成芯片大小，包含有多個分布式服務(wù)器的機(jī)柜以及機(jī)柜頂端的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)都將被集成到一枚芯片中（見下圖）。

為了將數(shù)據(jù)中心縮減到芯片大小，需要設(shè)計新的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。電氣與計算機(jī)工程系主任沙雅·費(fèi)恩曼和聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中心研究員喬治·波特的方案是：這些集成的“芯片上的機(jī)柜”將同時與光電路交換（支持大流量數(shù)據(jù)）和電子包交換（支持高優(yōu)先級數(shù)據(jù)流）進(jìn)行內(nèi)外聯(lián)網(wǎng)，來“指揮數(shù)據(jù)中心的流量”。

光網(wǎng)絡(luò)可以低成本、低能耗地提供高帶寬，但并不直接適用于支持?jǐn)?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的工作負(fù)荷。“基于‘芯片上的機(jī)柜’的下一代數(shù)據(jù)中心的設(shè)計，需要同時支持電路和包交換。”兩位研究人員表示，在這種設(shè)計中，每個處理器都必須有一個收發(fā)器，能夠?qū)⑻幚砥骱诵闹械碾娦盘柵c通過光纖電纜發(fā)送的光子相交換，這就要求它們的尺寸足夠小，才能集成到“芯片上的機(jī)柜”中。

他們同時指出，盡管納米光子學(xué)和硅光子學(xué)最近獲得了很多新進(jìn)展，但是，“在硅芯片上有效地產(chǎn)生光仍處于起步階段”，他們“可能還無法解決阻礙間接帶隙半導(dǎo)體有效產(chǎn)生光的根本問題”。

而在硬件方面，要實(shí)現(xiàn)一個具有高度可擴(kuò)展性、能夠支持多個處理器核心以維持?jǐn)?shù)據(jù)中心運(yùn)轉(zhuǎn)的光學(xué)電路架構(gòu)，還面臨諸多障礙。一個可能的解決方案是利用非線性超材料（考慮到天然材料中的光子傳輸太困難），這類材料原則上是節(jié)能的。

“一旦這種光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被集成到電子處理器中，如同‘芯片上的機(jī)柜’設(shè)計那樣，”波特和費(fèi)恩曼在論文中寫道，“那么芯片的數(shù)量就可以根據(jù)未來的數(shù)據(jù)中心的需求來擴(kuò)展。”

至于這一前景有多遙遠(yuǎn)？波特的回答很現(xiàn)實(shí)：“我們?yōu)榧舛斯庾釉O(shè)備在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用潛力感到興奮，但要確定這些設(shè)備擁有什么樣的能力，然后與物理學(xué)以及工程師們合作，實(shí)際構(gòu)建和集成它們，這是一個長達(dá)十年的過程。”