《華爾街日報》：為提升芯片性能，光子技術正逐步取代電子技術

英特爾等公司的研究人員正在研究改造微小連接部件，這些部件幫助單個芯片之間進行通信。圖片來源：英特爾公司人工智能對計算需求的激增正迫使芯片製造商重新評估一切，從芯片架構到芯片尺寸，以榨取更好的性能。

如今，英特爾等公司的研究人員正聚焦於革新最基礎的計算機組件之一——協助單個芯片間通信的微型連接器。當前這些互連由銅線實現，而企業開始探索利用光纖技術。

這種通過光子傳輸數據的方法，相比傳統銅線電子傳輸更具能效優勢，並能提供更優的計算擴展性。

“面對規模不斷膨脹的下一代AI模型，現在需要調動越來越多的算力來解決問題，“英特爾硅光子產品事業部副總裁兼總經理Amit Nagra表示，“這促使光學技術更貼近計算引擎。我們正進行重大而積極的投入。”

銅線曾主導電話系統，但隨着老舊銅纜逐步淘汰，整個電信行業已越來越多地採用光連接傳輸語音和數據——包括連接各大洲的數千英里海底通信電纜。

最近，光纖已取代銅纜成為數據中心內連接單個服務器機架的方式。但在單個計算芯片層面的應用進展較慢，部分原因是銅纜雖然在長距離數據傳輸上表現不佳，但在短距離傳輸中至今仍能勝任。

如今，這一現狀可能即將改變。

總部位於聖克拉拉的Ayar Labs正在研發TeraPHY光學I/O小芯片等組件，旨在幫助將電信號轉換為光信號。圖片來源：Ayar Labs"生成式AI如同火上澆油，恰逢其時地將這項技術推向了前沿，“正在開發電光信號技術的Ayar Labs首席執行官查理·維施帕德表示。

維施帕德指出，電子在金屬中移動會產生大量熱量，進而導致信號衰減。雖然現有組件可以增強信號，但會增加功耗。而光子能在更長距離上保持能量且不會造成信號衰減。

“這是物理定律決定的——光子傳輸數據的效率遠高於電子，“維施帕德強調。

據他介紹，總部位於聖克拉拉的Ayar Labs正在研發一種可安裝在芯片旁的小型芯片組，用於將電信號轉換為光信號。該公司還與科技供應商Sivers Semiconductors合作，由後者提供驅動光信號所需的激光器。

今年，Ayar Labs已向英特爾等客户交付了數千份產品樣品。Wuischpard表示，這些樣品正被用於研究光連接如何與計算架構的其他部分集成。

英特爾公司稱，他們正在測試Ayar Labs的產品，同時也在自主研發解決方案。

Wuischpard指出，目標是使支持光通信的芯片數據傳輸速率提升五倍，延遲降低十倍，能效比現有方案提高八倍。

然而仍存在挑戰。Wuischpard表示，可靠性和可製造性是目前的主要障礙。激光器在極端温度下性能會受影響，而數據中心可能非常炎熱，因此激光器的佈局至關重要。他還透露，公司正與紐約州北部的Global Foundries合作完善製造工藝。

Wuischpard預計Ayar Labs的解決方案將在2025至2026年間投入實際應用。

總部位於波士頓的Lightmatter也在研發將芯片電信號轉換為光信號的技術。該公司表示，其名為Passage的解決方案預計明年將在部分場景中部署。

惠普企業研究院院士兼Hewlett Packard Labs總監Andrew Wheeler表示，這項技術似乎比以往任何時候都更接近實現其承諾，儘管構建商業生態所需的成本和時間仍是障礙。

“我們在電信號處理方面有數十年的經驗。當現場設備出現故障時，我們知道如何修復，“Wheeler説，並補充道對於光芯片連接，“這仍是一個巨大的學習曲線。”

HPE正在致力於開發一套設計工具包，供設計師用於創建這類新型芯片。

美國國家標準與技術研究院的工業諮詢委員會今年早些時候將光子芯片研究列為應獲得《芯片法案》研發、原型製造及生產投資的關鍵新興技術。該法案由拜登總統於2022年簽署生效，旨在確保美國在這一關鍵產業的主導地位，並緩衝全球供應鏈動盪對國家的衝擊。

“（這項技術）曾長期被視為前景廣闊卻始終遙不可及——彷彿永遠需要再等。但現在我們確實已突破若干重大技術門檻，未來一兩年內就將看到實際應用。”惠勒表示。

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