比人腦快 1000 倍的光子芯片，牛津大學(xué)最新成果可能徹底淘汰 處理器
摘要 光子芯片這項技術(shù)的成熟對我們將帶來的影響將是巨大的，最直觀的體現(xiàn)就是在更強性能卻更省電的處理器。而長遠來看，這種遠超人腦速度的計算能力可以賦予 AI 的將是無限的可能性。 「光子芯片」這個詞很多人甚至都沒聽過，但或許過不了多久它將會讓現(xiàn)有的 AI 再一次發(fā)生質(zhì)變，更進一步的接近人類。 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發(fā)出一款光子芯片，它可以用光來傳輸數(shù)據(jù)，速度比現(xiàn)有的標準處理器快了 10 倍甚至 50 倍，達到了 300Gbps，同時能耗大幅降低。因為是由光驅(qū)動，光子芯片可以在比任何電子處理系統(tǒng)都更低的能量供應(yīng)下執(zhí)行超高速的計算需要。
用 7000 萬個晶體管和 850 個光子元件（用來發(fā)送和接收光）組成 2 個處理器內(nèi)核
研究人員稱這是第一款成熟的、用光傳輸數(shù)據(jù)的處理器。在測驗中，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，則只需運用最小的功率的同時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(gòu)架。 如果說現(xiàn)有的 AI 技術(shù)紅利已經(jīng)耗盡，那「光子芯片」的出現(xiàn)或許正是 AI 技術(shù)下一次躍遷的關(guān)鍵節(jié)點。 用光來運算，能有多快？ 光子可能是現(xiàn)在地球上計算能力最強的單元，高效并且穩(wěn)定。 很多人可能并不知道，其實人腦在大量信息的計算和處理上是要比現(xiàn)在地球上任何的處理器和處理系統(tǒng)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陌生了，人類運用光路傳輸?shù)幕驹韥磉\送信息已經(jīng)是習(xí)以為常的事了。但其實，光還有許多潛力待挖掘，比如光信號的折射、干涉、衍射、偏振等很多特點還遠未被有效利用。 其實，光粒子是一定物理環(huán)境下速度最快的粒子，同時光波又具有不一樣的波長、頻率、偏振態(tài)和相位信息，可以用來代表不一樣數(shù)據(jù)。而利用光子芯片構(gòu)建的光計算系統(tǒng)，運算速度快、信息失真少、消耗能量低（如果直觀的運用在手機上，那就是表現(xiàn)為速度變得飛快的同時電池電池續(xù)航卻變得更好了）。 理論上，光學(xué)計算機可以在啟動的一瞬間完成所有信息處理，可對高復(fù)雜度、大數(shù)據(jù)量計算實時并行處理。 光子芯片的速度優(yōu)勢很顯著，因為是依據(jù)光速來進行運算，只要在數(shù)字信號處理器上附加一個光學(xué)加速器，就可以制成光學(xué)數(shù)字信息處理器，可使傳統(tǒng)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(shù)百萬倍。 電子芯片和摩爾定律困境 電子芯片發(fā)展半個多世紀以來，始終遵循摩爾定律，但近幾年隨著對信息處理需要的爆炸式增長，電子芯片的發(fā)展也慢慢遇到了性能瓶頸。雖然隨著技術(shù)的發(fā)展電腦的芯片單元變得越來越小，但究其本質(zhì)，今天的微型 處理器 與 70 年前跟房間一樣大的計算機傳輸數(shù)據(jù)的方式都是一樣的，都是在金屬線中傳遞電子信號，這種信息的傳遞方式從人類進入信息時代就一直被延續(xù)。所以隨著數(shù)據(jù)傳輸量與日俱增、傳輸速度需要越來越高，特別是當來到 AI 時代，面對龐大的信息量和復(fù)雜多層的計算需要，電子芯片開始捉襟見肘。人們開始懷疑摩爾定律或許已經(jīng)走到頭了的時候，光子芯片的出現(xiàn)無疑能打破這一瓶頸。由于光路在空中交叉?zhèn)鬏斢只ゲ桓蓴_，光計算具有天然的并行性，可在一個時間段內(nèi)同時進行多路計算，不僅速度快而且結(jié)果精準。正如光纖傳輸正在逐步替代傳統(tǒng)的銅線，光子芯片未來徹底替代電子芯片可能也只是時間問題。 現(xiàn)代戰(zhàn)爭，光子芯片的試金石 一項高精尖技術(shù)，往往都是從軍用過渡到商用，最后到民用，所以一向技術(shù)的未來和成熟度，往往從世界先進的軍事設(shè)施中就能看出一些端倪。其實，現(xiàn)在光子芯片在軍事領(lǐng)域的運用早已進入實施階段，包括 NASA、美國海軍空戰(zhàn)中心、美國導(dǎo)彈防御局等機構(gòu)都已經(jīng)開始著手研究和開發(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(shù)字計算機的任意工作狀態(tài)，將廣泛使用于武器裝備規(guī)劃制造、情報獲得和分析處理、戰(zhàn)爭規(guī)劃與戰(zhàn)場模擬、衛(wèi)星導(dǎo)航定位等諸多領(lǐng)域。NASA 現(xiàn)在就在研制新一代超級計算機系統(tǒng)，而其中的計算核心單元正是光子芯片，同時美軍多個機構(gòu)都已經(jīng)開始授權(quán)美國公司研究的先進光學(xué)處理器，主要用來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)域得到重要使用。 再說回這次牛津大學(xué)研究出的這款光子芯片，負責芯片開發(fā)的副教授 Vladimir Stojanovic 說，開發(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(zhàn)在于找到廉價的方式封裝芯片。出于成本考慮，光芯片技術(shù)最先會用在數(shù)據(jù)中心中，然后才能進入到小設(shè)備。但無論如何，光子芯片這項技術(shù)的成熟將給我們帶來的影響是巨大的，最直觀的體現(xiàn)就是在更強性能卻更省電的處理器。而長遠來看，這種遠超人腦速度的計算能力可以賦予 AI 的將是無限的可能性。評論 (0)