观点
PDF全光计算和全光网络已死
还在焦急地等待全光计算的到来吗？ 别抱太大希望了。
查尔斯·比勒（El Dorado Ventures）和克雷格·帕特里奇（BBN）
我们是一位风险投资家和一位通信研究员，我们带来了坏消息：光计算机和全光网络在短期内不会实现。所有关于计算机以光速运行、计算机将使我们摆脱互联网延迟并从缓慢且发热的电子设备的暴政中解脱出来的善意故事，唉，都过于乐观了。 我们近期不会以光速进行计算或路由。（事实上，我们可能应该在两年前就告诉你们这一点，但我们最近才见面、交流笔记，并意识到我们的经验是一致的。）
你看，构建光计算机或路由器需要一个关键步骤，称为光再生，但没人知道该怎么做。经过至少二十年的研究，以及风险资本在有希望的潜在突破上花费了超过十亿美元之后，很明显，我们已经尝试了所有显而易见的方法，以及相当多的不那么显而易见的方法来进行光再生。 解决这个问题似乎不是顶尖工程的问题；相反，它开始看起来像是诺贝尔奖级别的物理学问题，例如高温超导，在那里，独创性导致了全新的方法。 这种结果是罕见且不可预测的，因此所有迹象表明，光计算是一项创新，可能需要等待一代、两代或三代才能实现。
一些细节
过去二十年见证了大量的光逻辑，它可以充当存储器、比较器或其他我们构建光计算机所需的类似逻辑位。与传统的硅逻辑非常相似，这种光逻辑也遭受信号损耗——也就是说，在执行操作或计算的过程中，会损失一些分贝。在光学领域，损耗是巨大的——光信号只能穿过几个电路，然后就必须放大。
我们知道如何光学放大信号。 事实上，光学放大是过去 20 年最伟大的创新之一，极大地增加了我们可以发送光信号的距离。
不幸的是，放大信号会增加噪声。经过几次放大后，我们需要再生信号：我们需要一种设备，它可以接收嘈杂的信号并发出清晰干净的信号。目前，构建再生器的唯一方法是构建 OEO（光-电-光）设备：入站信号从光域转换为数字化样本；电子组件从数字化样本中去除噪声，然后使用清理后的数字化样本来驱动激光器，从而在光域中发出干净的信号。 OEO 再生器工作良好，但它们迫使我们在电子器件的速度下工作，从而减慢了我们的速度。
一直以来，人们都在尝试创建全光再生器。许多方法在实验室中显示出一定的希望，但最终，到目前为止，所有方法都未能实现从有希望到产品的转变。正如我们在引言中观察到的，所有可能的方法——以及许多不太可能的方法——都已被尝试过。
因此，如果我们要将精彩的光学电路组装成光计算机，那么现在以及在可预见的未来，每几个电路我们就需要一个再生器，而我们拥有的唯一再生器需要缓慢的电子器件。 糟糕！
更令人沮丧的是，光子逻辑界最近在 PIC（光子集成电路）方面取得了突破。直到最近，每个光学电路都是自己的芯片（就像我们在 20 世纪 60 年代依赖单个电子设备中的晶体管一样），但现在我们可以铺设密集的光学芯片。我们可以设想用光学芯片取代电子芯片——但光学芯片不会运行得更快，因为每隔几个电路，在芯片内部，我们就必须进行电再生。
类似的问题也出现在构建全光网络中。该网络中必须有一些光开关来定向数据。这些光开关中的光逻辑与光计算机具有相同的问题：每隔几个电路就需要 OEO 再生。
许多人一直期待着全光计算机通过全光网络连接的未来，这是一个高性能、低错误率、低功耗和低散热的理想境界。 我们很抱歉成为泼冷水的人，但您可以停止屏住呼吸等待这种情况发生了。
下一步走向何方？
即便如此，也不要灰心。 在混合电子-光学世界中，有很多机会可以利用光学的美妙特性。
首先，PIC 引发了巨大的创新浪潮。 2005 年，光学研究界为国家科学基金会撰写了一份关于未来五年和未来十年研究问题的报告。 三年后，其中一些研究问题得到了解决并应用于产品中！ 因此，我们可以通过单根光纤推送的数据量正在急剧增加。 我们也能够以越来越高的复杂性来管理这种容量。 这些成果可能只是 PIC 所实现的触手可及的成果，我们可能会在未来几年看到更多的创新。 如果您最关心的是以低错误率获得大量带宽，那么未来看起来确实非常好。
其次，光学逻辑不断发展新的功能。 我们提供两个例子来说明工作范围。 几年前，在哈佛大学，研究人员能够减慢然后停止（保持静止）光脉冲。 立即可见的机会是用于更好的光学存储器和管理设备内部的数据速率。 毫无疑问，将会出现更多机会。 一项更具体的努力是 DARPA 资助的 OAWG（光学任意波形生成）计划。 OAWG 旨在构建经过彻底改进的光学收发器，能够产生更相干且噪声更小的光脉冲。 这些收发器将允许我们在光纤中封装更多的光通道，因为我们需要更小的通道频率间隙来保护自己免受跨通道噪声的影响。
总而言之，光学技术的未来是光明的。 它只是没有沿着我们许多人想象或希望的未来道路前进。
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查尔斯·比勒是 El Dorado Ventures 的风险资本投资者，他的主要重点是那些有可能从根本上改变数据中心和企业计算环境的能力、成本/性能和能源效率的公司。 比勒还曾担任 Piper Jaffray Ventures 的合伙人，帮助管理技术基金，并在 Scripps Ventures 工作过。 他获得了科尔比学院的经济学学士学位和宾夕法尼亚大学沃顿商学院的 MBA 学位。
克雷格·帕特里奇博士是 SIGCOMM 的前任主席，很久以前曾担任 Computer Communication Review 的主编。 他是 会士，目前是 BBN Technologies 网络研究的首席科学家。
© 2009 1542-7730 /09/0200 $5.00
最初发表于 Queue 第 7 卷，第 3 期—
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