长期以来，计算机设计师一直幻想着用光而不是电子在微处理器之间传输数据。这种光学互连将克服线路固有的带宽瓶颈，并充分利用处理器速度的飞跃。但是将两种截然不同的技术——电子学和光子学——结合在同一个硅芯片上是一个需要克服的巨大障碍。
现在，一组研究人员提出了一种方法，可以在同一块芯片上制造大量的硅晶体管和光学元件，这是第一次这样做，而无需对芯片制造工艺进行重大改革。他们用它构建了一个包含7000万个晶体管和850个光子元件的IC，它们共同提供了处理器所需的所有逻辑、内存和互连功能。
在连接两个这样的芯片(一个作为处理器，另一个作为内存)的测试中，光学互连可以利用外部激光器提供的单波长光在光纤上以每秒2.5千兆比特的速度传递数据。增加带宽就像增加更多波长一样简单。虽然他们没有测试到这种极端，但芯片应该能够通过同一根光纤在每个方向上传输27.5 Gb/s。
来自麻省理工学院、加州大学伯克利分校和科罗拉多大学博尔德分校的工程师们发明了一种他们称之为“零变化”的芯片制造方法。它依赖于用于制造当今计算机芯片的标准CMOS工艺，特别是所谓的高性能工艺2007年首次亮相的45纳米节点．麻省理工学院的孙晨(Chen Sun)说:“我们没有对这个过程做任何改变。”
他们从硅衬底开始;然后他们添加了一层200纳米厚的氧化硅，作为绝缘体。上面是活性层——100纳米的晶体硅——加上100纳米的氮化物层和电介质涂层。晶体硅包括一个小
锗的量在硅上产生应变加快电路的速度。
“我们能够使用这些现有的层来制造我们的处理器，”Sun说。他们设计的处理器是基于双核的RISC-V架构-最初在伯克利开发的开放指令集架构。它还包括1兆字节的静态RAM。
这个过程的关键是一些硅衬底被蚀刻掉了。由于氧化层太薄，光会穿过它到达硅衬底，硅衬底会把它带走。去除基板减少了这种损失。硅的缺乏也使他们能够从外部激光器传输光来为光学元件供电，即使芯片是正面朝下连接在印刷电路板上的。但是蚀刻不可能在整个芯片上进行。研究小组将硅片放置在微处理器和内存下面，这样就不会有光出来，这样他们就可以安装一个散热片来保持处理器的凉爽。
芯片光子学部分真正的核心是microring谐振器,一个直径10微米的环与一个波导耦合。他们在这种结构中加入了制造晶体管中p-n结的相同元素，这样就产生了一个陷波滤波器，它可以通过除单一波长外的所有入射光。在结上施加负电压将载流子推出环外，而正电压则将载流子返回，从而形成一个调制器，将数字信号印在光束上。
虽然调制器可以传输光编码信号，但接收它并将其转换为处理器可以处理的电子信号则需要光电探测器。这里微环也很重要。通常情况下，由芯片中的硅锗制成的光电探测器必须有许多毫米到一厘米长，才能有机会吸收足够多的光子来真正探测光线。这太大了。但是使用微环谐振器，它可以小得多，因为光通过它多次，SiGe可以吸收它并产生电子信号。
微环谐振器已经存在了一段时间，但“很多业内人士都忽视了它们，”孙说。这是因为当它们加热时，折射率会发生变化，它们会偏离所需的波长。
解决方案是开发主动热稳定系统。该稳定系统包括一个独立的光电探测器和一个数字控制器。当探测器注意到到达它的光电流量发生变化时，控制器就会改变微环上的电压。这改变了结构散发的热量，使其折射率恢复正常。
孙说他的创业公司，Ayar实验室该公司希望能在几年内将这项技术商业化，但至少有一位专家对此表示怀疑。安东尼·李维他是芝加哥大学电气工程和物理学教授南加州大学光子学中心他说，参与光电处理器的工程师们制造了集成了光子学和电子学的工作芯片，值得祝贺，但他怀疑这种方法是否可行。李维说:“硅光子学的挑战一直都是一样的:这包括太多的光学损耗、太多的功耗、太多的芯片面积等等。”
他说，美国。美国国防高级研究计划局，为这项工作提供资金的公司，已经在硅光子学领域投入了“大量宝贵的研究资金”，但决定取决于成本的行业和客户并不买账。李维说:“即使技术可行，也必须有令人信服的理由来采用一种新的、颠覆性的方法来构建系统。”
