據(jù)網(wǎng)上報道，要擴大數(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，美國加州大學圣地亞哥分校雅各布工程學院的研究人員提出了一種全新的設計方案—“芯片上的機柜(racks-on-chip)”。按照他們在《科學》雜志上的描述，未來的數(shù)據(jù)中心將“進化”成芯片大小，包含有多個分布式服務器的機柜以及機柜頂端的網(wǎng)絡交換機都將被集成到一枚芯片中。

為了將數(shù)據(jù)中心縮減到芯片大小，需要設計新的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡。電氣與計算機工程系主任沙雅·費恩曼和聯(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)進行內(nèi)外聯(lián)網(wǎng)，來“指揮數(shù)據(jù)中心的流量”。

光網(wǎng)絡可以低成本、低能耗地提供高帶寬，但并不直接適用于支持數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的工作負荷。“基于"芯片上的機柜"的下一代數(shù)據(jù)中心的設計，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“芯片上的機柜”中。

他們同時指出，盡管納米光子學和硅光子學最近獲得了很多新進展，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體有效產(chǎn)生光的根本問題”。

而在硬件方面，要實現(xiàn)一個具有高度可擴展性、能夠支持多個處理器核心以維持數(shù)據(jù)中心運轉(zhuǎn)的光學電路架構(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)絡技術被集成到電子處理器中，如同"芯片上的機柜"設計那樣，”波特和費恩曼在論文中寫道，“那么芯片的數(shù)量就可以根據(jù)未來的數(shù)據(jù)中心的需求來擴展。”

至于這一前景有多遙遠?波特的回答很現(xiàn)實：“我們?yōu)榧舛?strong>光子設備在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中的應用潛力感到興奮，但要確定這些設備擁有什么樣的能力，然后與物理學以及工程師們合作，實際構(gòu)建和集成它們，這是一個長達十年的過程。”