摘要

光子芯片這項技術(shù)的成熟對我們將帶來(lái)的影響將是巨大的，最直觀(guān)的體現就是在更強性能卻更省電的處理器。而長(cháng)遠來(lái)看，這種遠超人腦速度的計算能力可以賦予 AI 的將是無(wú)限的可能性。

「光子芯片」這個(gè)詞很多人甚至都沒(méi)聽(tīng)過(guò)，但或許過(guò)不了多久它將會(huì )讓現有的 AI 再一次發(fā)生質(zhì)變，更進(jìn)一步的接近人類(lèi)。

最近美國的艾克塞特大學(xué)、牛津大學(xué)和明斯特大學(xué)三所高校的研究人員開(kāi)發(fā)出一款光子芯片，它可以用光來(lái)傳輸數據，速度比現有的標準處理器快了 10 倍甚至 50 倍，達到了 300Gbps，同時(shí)能耗大幅降低。因為是由光驅動(dòng)，光子芯片可以在比任何電子處理系統都更低的能量供應下執行超高速的計算需求。

用 7000 萬(wàn)個(gè)晶體管和 850 個(gè)光子元件（用來(lái)發(fā)送和接收光）組成 2 個(gè)處理器內核

研究人員稱(chēng)這是第一款成熟的、用光傳輸數據的處理器。在測試中，光子芯片的運算速度可以比人腦的速度快 1000 倍，如果用于超級計算機，則只需使用最小的功率的同時(shí)就可最大限度的處理和儲存信息。一旦成熟落地，將徹底改變智能手機、超級計算機和大型運算中心的計算與網(wǎng)絡(luò )構架。

如果說(shuō)現有的 AI 技術(shù)紅利已經(jīng)耗盡，那「光子芯片」的出現或許正是 AI 技術(shù)下一次躍遷的關(guān)鍵節點(diǎn)。

用光來(lái)運算，能有多快？

光子可能是目前地球上計算能力最強的單元，高效并且穩定。

很多人可能并不知道，其實(shí)人腦在大量信息的計算和處理上是要比目前地球上任何的處理器和處理系統都要強大的，而且在效率和能耗上更是遠遠超出，而光子芯片則達到了人腦的 1000 倍。

如何能達到這么快，說(shuō)到底是依靠光子的超高速度和超低能耗。

對于光纖傳輸很多人都不會(huì )陌生了，人類(lèi)運用光路傳輸的基本原理來(lái)運送信息已經(jīng)是習以為常的事了。但其實(shí)，光還有許多潛力待挖掘，比如光信號的折射、干涉、衍射、偏振等很多特性還遠未被有效利用。

其實(shí)，光粒子是一定物理環(huán)境下速度最快的粒子，同時(shí)光波又具有不同的波長(cháng)、頻率、偏振態(tài)和相位信息，可以用來(lái)代表不同數據。而利用光子芯片構建的光計算系統，運算速度快、信息失真少、消耗能量低（如果直觀(guān)的運用在手機上，那就是表現為速度變得飛快的同時(shí)電池續航卻變得更好了）。

理論上，光學(xué)計算機可以在啟動(dòng)的一瞬間完成所有信息處理，可對高復雜度、大數據量計算實(shí)時(shí)并行處理。

光子芯片的速度優(yōu)勢很明顯，因為是依據光速來(lái)進(jìn)行運算，只要在數字信號處理器上附加一個(gè)光學(xué)加速器，就可以制成光學(xué)數字信息處理器，可使傳統電子芯片的運算速度得到巨大提升。

而由于光傳輸所造成的信息畸變和失真極小，光器件的開(kāi)關(guān)速度比電子器件快得多，因此光計算機的運算速度在理論上可達每秒千億次以上，這要比電子計算機要快數百萬(wàn)倍。

電子芯片和摩爾定律困境

電子芯片發(fā)展半個(gè)多世紀以來(lái)，始終遵循摩爾定律，但近幾年隨著(zhù)對信息處理需求的爆炸式增長(cháng)，電子芯片的發(fā)展也逐漸遇到了性能瓶頸。

雖然隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展電腦的芯片單元變得越來(lái)越小，但究其本質(zhì)，今天的微型 CPU 與 70 年前跟房間一樣大的計算機傳輸數據的方式都是一樣的，都是在金屬線(xiàn)中傳遞電子信號，這種信息的傳遞方式從人類(lèi)進(jìn)入信息時(shí)代就一直被延續。

所以隨著(zhù)數據傳輸量與日俱增、傳輸速度需求越來(lái)越高，特別是當來(lái)到 AI 時(shí)代，面對龐大的信息量和復雜多層的計算需求，電子芯片開(kāi)始捉襟見(jiàn)肘。人們開(kāi)始懷疑摩爾定律或許已經(jīng)走到頭了的時(shí)候，光子芯片的出現無(wú)疑能打破這一瓶頸。

由于光路在空中交叉傳輸又互不干擾，光計算具有天然的并行性，可在一個(gè)時(shí)間段內同時(shí)進(jìn)行多路計算，不僅速度快而且結果精準。正如光纖傳輸正在逐步替代傳統的銅線(xiàn)，光子芯片未來(lái)徹底替代電子芯片可能也只是時(shí)間問(wèn)題。

現代戰爭，光子芯片的試金石

一項高精尖技術(shù)，往往都是從軍用過(guò)渡到商用，最后到民用，所以一向技術(shù)的前景和成熟度，往往從世界先進(jìn)的軍事設施中就能看出一些端倪。

其實(shí)，目前光子芯片在軍事領(lǐng)域的運用早已進(jìn)入實(shí)施階段，包括 NASA、美國海軍空戰中心、美國導彈防御局等機構都已經(jīng)開(kāi)始著(zhù)手研究和開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)。

利用光子芯片搭建量子計算機，能靈活模擬數字計算機的任意工作狀態(tài)，將廣泛應用于武器裝備設計制造、情報獲取和分析處理、戰爭設計與戰場(chǎng)模擬、衛星導航定位等諸多領(lǐng)域。NASA 目前就在研制新一代超級計算機系統，而其中的計算核心單元正是光子芯片，同時(shí)美軍多個(gè)機構都已經(jīng)開(kāi)始授權美國公司研究的先進(jìn)光學(xué)處理器，主要用來(lái)加強大型軍用雷達的芯片計算和處理能力，將在雷達探測領(lǐng)域得到重要應用。

再說(shuō)回這次牛津大學(xué)研發(fā)出的這款光子芯片，負責芯片開(kāi)發(fā)的副教授 Vladimir Stojanovic 說(shuō)，開(kāi)發(fā)出第一款能在外部世界通信的光芯片是重大突破，至于商業(yè)化，最大的挑戰在于找到廉價(jià)的方法封裝芯片。出于成本考慮，光芯片技術(shù)最先會(huì )用在數據中心中，然后才能進(jìn)入到小設備。

但無(wú)論如何，光子芯片這項技術(shù)的成熟將給我們帶來(lái)的影響是巨大的，最直觀(guān)的體現就是在更強性能卻更省電的處理器。而長(cháng)遠來(lái)看，這種遠超人腦速度的計算能力可以賦予 AI 的將是無(wú)限的可能性。

（責任編輯：雙筒獵槍?zhuān)?/p>