摘要

光子芯片這項技術的成熟對我們將帶來的影響將是巨大的，最直觀的體現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有的 AI 再一次發生質變，更進一步的接近人類。

最近美國的艾克塞特大學、牛津大學和明斯特大學三所高校的研究人員開發出一款光子芯片，它可以用光來傳輸數據，速度比現有的標準處理器快了 10 倍甚至 50 倍，達到了 300Gbps，同時能耗大幅降低。因為是由光驅動，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 萬個晶體管和 850 個光子元件（用來發送和接收光）組成 2 個處理器內核

研究人員稱這是第一款成熟的、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，如果用於超級計算機，則只需使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絡構架。

如果說現有的 AI 技術紅利已經耗盡，那「光子芯片」的出現或許正是 AI 技術下一次躍遷的關鍵節點。

用光來運算，能有多快？

光子可能是目前地球上計算能力最強的單元，高效並且穩定。

很多人可能並不知道，其實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。

如何能達到這麼快，說到底是依靠光子的超高速度和超低能耗。

對於光纖傳輸很多人都不會陌生了，人類運用光路傳輸的基本原理來運送信息已經是習以為常的事了。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、偏振等很多特性還遠未被有效利用。

其實，光粒子是一定物理環境下速度最快的粒子，同時光波又具有不同的波長、頻率、偏振態和相位信息，可以用來代表不同數據。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（如果直觀的運用在手機上，那就是表現為速度變得飛快的同時電池續航卻變得更好了）。

理論上，光學計算機可以在啟動的一瞬間完成所有信息處理，可對高複雜度、大數據量計算實時並行處理。

光子芯片的速度優勢很明顯，因為是依據光速來進行運算，只要在數字信號處理器上附加一個光學加速器，就可以製成光學數字信息處理器，可使傳統電子芯片的運算速度得到巨大提升。

而由於光傳輸所造成的信息畸變和失真極小，光器件的開關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倍。

電子芯片和摩爾定律困境

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

雖然隨著技術的發展電腦的芯片單元變得越來越小，但究其本質，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。

所以隨著數據傳輸量與日俱增、傳輸速度需求越來越高，特別是當來到 AI 時代，面對龐大的信息量和複雜多層的計算需求，電子芯片開始捉襟見肘。人們開始懷疑摩爾定律或許已經走到頭了的時候，光子芯片的出現無疑能打破這一瓶頸。

由於光路在空中交叉傳輸又互不干擾，光計算具有天然的並行性，可在一個時間段內同時進行多路計算，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，光子芯片未來徹底替代電子芯片可能也只是時間問題。

現代戰爭，光子芯片的試金石

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

其實，目前光子芯片在軍事領域的運用早已進入實施階段，包括 NASA、美國海軍空戰中心、美國導彈防禦局等機構都已經開始著手研究和開發相關技術。

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，將廣泛應用於武器裝備設計製造、情報獲取和分析處理、戰爭設計與戰場模擬、衛星導航定位等諸多領域。NASA 目前就在研製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，同時美軍多個機構都已經開始授權美國公司研究的先進光學處理器，主要用來加強大型軍用雷達的芯片計算和處理能力，將在雷達探測領域得到重要應用。

再說回這次牛津大學研發出的這款光子芯片，負責芯片開發的副教授 Vladimir Stojanovic 說，開發出第一款能在外部世界通信的光芯片是重大突破，至於商業化，最大的挑戰在於找到廉價的方法封裝芯片。出於成本考慮，光芯片技術最先會用在數據中心中，然後才能進入到小設備。

但無論如何，光子芯片這項技術的成熟將給我們帶來的影響是巨大的，最直觀的體現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。

（責任編輯：雙筒獵槍）