《华尔街日报》：为提升芯片性能，光子技术正逐步取代电子技术

英特尔等公司的研究人员正在研究改造微小连接部件，这些部件帮助单个芯片之间进行通信。图片来源：英特尔公司人工智能对计算需求的激增正迫使芯片制造商重新评估一切，从芯片架构到芯片尺寸，以榨取更好的性能。

如今，英特尔等公司的研究人员正聚焦于革新最基础的计算机组件之一——协助单个芯片间通信的微型连接器。当前这些互连由铜线实现，而企业开始探索利用光纤技术。

这种通过光子传输数据的方法，相比传统铜线电子传输更具能效优势，并能提供更优的计算扩展性。

“面对规模不断膨胀的下一代AI模型，现在需要调动越来越多的算力来解决问题，“英特尔硅光子产品事业部副总裁兼总经理Amit Nagra表示，“这促使光学技术更贴近计算引擎。我们正进行重大而积极的投入。”

铜线曾主导电话系统，但随着老旧铜缆逐步淘汰，整个电信行业已越来越多地采用光连接传输语音和数据——包括连接各大洲的数千英里海底通信电缆。

最近，光纤已取代铜缆成为数据中心内连接单个服务器机架的方式。但在单个计算芯片层面的应用进展较慢，部分原因是铜缆虽然在长距离数据传输上表现不佳，但在短距离传输中至今仍能胜任。

如今，这一现状可能即将改变。

总部位于圣克拉拉的Ayar Labs正在研发TeraPHY光学I/O小芯片等组件，旨在帮助将电信号转换为光信号。图片来源：Ayar Labs"生成式AI如同火上浇油，恰逢其时地将这项技术推向了前沿，“正在开发电光信号技术的Ayar Labs首席执行官查理·维施帕德表示。

维施帕德指出，电子在金属中移动会产生大量热量，进而导致信号衰减。虽然现有组件可以增强信号，但会增加功耗。而光子能在更长距离上保持能量且不会造成信号衰减。

“这是物理定律决定的——光子传输数据的效率远高于电子，“维施帕德强调。

据他介绍，总部位于圣克拉拉的Ayar Labs正在研发一种可安装在芯片旁的小型芯片组，用于将电信号转换为光信号。该公司还与科技供应商Sivers Semiconductors合作，由后者提供驱动光信号所需的激光器。

今年，Ayar Labs已向英特尔等客户交付了数千份产品样品。Wuischpard表示，这些样品正被用于研究光连接如何与计算架构的其他部分集成。

英特尔公司称，他们正在测试Ayar Labs的产品，同时也在自主研发解决方案。

Wuischpard指出，目标是使支持光通信的芯片数据传输速率提升五倍，延迟降低十倍，能效比现有方案提高八倍。

然而仍存在挑战。Wuischpard表示，可靠性和可制造性是目前的主要障碍。激光器在极端温度下性能会受影响，而数据中心可能非常炎热，因此激光器的布局至关重要。他还透露，公司正与纽约州北部的Global Foundries合作完善制造工艺。

Wuischpard预计Ayar Labs的解决方案将在2025至2026年间投入实际应用。

总部位于波士顿的Lightmatter也在研发将芯片电信号转换为光信号的技术。该公司表示，其名为Passage的解决方案预计明年将在部分场景中部署。

惠普企业研究院院士兼Hewlett Packard Labs总监Andrew Wheeler表示，这项技术似乎比以往任何时候都更接近实现其承诺，尽管构建商业生态所需的成本和时间仍是障碍。

“我们在电信号处理方面有数十年的经验。当现场设备出现故障时，我们知道如何修复，“Wheeler说，并补充道对于光芯片连接，“这仍是一个巨大的学习曲线。”

HPE正在致力于开发一套设计工具包，供设计师用于创建这类新型芯片。

美国国家标准与技术研究院的工业咨询委员会今年早些时候将光子芯片研究列为应获得《芯片法案》研发、原型制造及生产投资的关键新兴技术。该法案由拜登总统于2022年签署生效，旨在确保美国在这一关键产业的主导地位，并缓冲全球供应链动荡对国家的冲击。

“（这项技术）曾长期被视为前景广阔却始终遥不可及——仿佛永远需要再等。但现在我们确实已突破若干重大技术门槛，未来一两年内就将看到实际应用。”惠勒表示。

联系记者伊莎贝尔·布斯凯特请致信[email protected]