與當前發展趨勢相反，未來計算機的中央處理器（CPU）可能變得更大。
未來的CPU體積可能更大，但內部的晶體管的密度要低得多。 為什麼？ 因為光學晶體管的誕生。
純光學計算機和混合電子光學計算機的想法並不新鮮。 但最近的一系列進展證明人類可能正在進入一個光學處理的計算機時代。
光學計算機有兩個屬性使它們具有吸引力。 首先是它們很快：光脈衝是以光速傳播。 光學晶體管出現，其速度非常快（想想飛秒，為千萬億分之一秒）。 這兩個屬性相結合，使光學計算機比電子計算機快得多。
光學計算機的缺點是使用光來切換數據通常效率低下，這意味著需要花費大量精力進行計算。 同樣地，光傳播速度很快，但它也會擴散，這意味著組件必須分開很遠的距離。
解決方法是混合設備。光攜帶信息，但是以電子方式執行切換。 必須吸收光以產生電流。然後，所產生的電流用於調製另一光信號以產生光學晶體管。
能夠吸收光（併產生電子）的材料通常非常大，從電子的角度來看，這需要大電容器。 電子響應受到電容器充電和放電所需時間的限制。 在調節光流方面，同樣的故事重演：一塊材料必須充電和放電。
不僅電容器的充電和放電需要時間，而且還需要能量。 雖然片上晶體管每比特可能使用大約1毫微焦耳（ 10-15焦耳）的能量，但光學系統可能會使用數千倍的能量。 這就是光學互連僅在數據中心（或更大規模）的計算機之間才有意義的原因。
為了獲得如此卓越的性能，研究人員利用了光子晶體技術。 在這種情況下，光子晶體基本上是硅片，其中鑽有許多孔。 試圖穿過平板的光線會撞擊這些洞並散射。 但是孔的間距和大小意味著無論光波走向哪個方向，它都會遇到與其完全不同相似的波。 結果是沒有光。 換句話說，填孔板是一個完美的鏡子。
如果從板上移除一行孔，則光被引導到缺失孔的軌道上。 研究人員在波導的末端放置了一點點光吸收材料。 當光線照射到吸收材料上時，會產生大量電子。 這使波導成為高速光電二極管。
研究人員設法以40Gb / s傳輸數據，這是大容量多波長鏈路的標準。 值得注意的是，這是用單一波長完成的，並且通過吸收材料的微小電容可以實現速度。
然而，研究人員做的事情比傳輸數據更聰明。 他們用快速光電二極管創建了一個設備。 接下來，他們放置了一個完全被孔包圍的活性材料，產生（差）激光。 當通電時，激光將光洩漏到第二波導軌道中。另一方面，當激光器的有源區域中沒有電子時，它將充當吸收器並從波導中吸出光。
有源區電連接到光電二極管（片上，不需要導線）。 當光電二極管吸收光時，它將電子發送到有源區，在那裡它放大沿第二波導傳播的任何信號。 當沒有光照射到光電二極管時，光在第二波導中被吸收。因此，組合的光電二極管和調製器用作光學晶體管。
研究人員表明，他們可以調製10Gb / s的信號，這大約是光通信的標準速率。 他們還表明，光電二極管和調製器的電容低於2fF，比目前為止的其他任何東西都要小一個數量級。 然而，看起來優化電氣負載可能會使數據速率顯著提高。
更妙的是，光學晶體管都非常節能。 研究人員表明，他們的技術消耗不到0.1fJ / bit，使其成為片上使用的爭奪者。
這並不意味著我們很快就會得到光學計算機。下一步將是混合。 研究人員建議，他們的光學晶體管對於保持多核CPU中的高速緩存之間的一致性非常有用。 它可能還對分配時鐘信號很有用。
這也意味著芯片將變得更大。 在不遠的將來，將某些功能移動到基於這些混合光學晶體管的計算單元是有意義的。 但是，如果Core i7處理器（內含19億個晶體管）以光學方式實現，芯片的面積將為48平方米。 在組合光學和電子設備時，需要仔細考慮速度，功率和尺寸之間的平衡。
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