本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）綜合
IBM開發(fā)了一種新型的聚合物光波導(dǎo)（PWG）技術(shù)，為共封裝光學(xué)帶來了革新。
IBM 表示，其在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域取得了突破，可以顯著改善數(shù)據(jù)中心訓(xùn)練和運(yùn)行生成式 AI 模型的方式。其新型共封裝光學(xué)技術(shù)基本上將光纖的功率集成到芯片上，從而以光速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的連接。
IBM 半導(dǎo)體總經(jīng)理穆克什卡雷表示，電信行業(yè)在制造越來越快的芯片方面取得了重大進(jìn)展。但這些芯片之間的通信速度并沒有增長得那么快。計(jì)算增長的速度和芯片之間通信的速度之間存在幾個(gè)數(shù)量級的差距。
他說：“從本質(zhì)上講，更基礎(chǔ)的芯片仍然通過電進(jìn)行通信。它們使用銅線。眾所周知，我們最好的通信技術(shù)是光纖，這就是為什么光纖在其他地方用于長距離通信的原因�！�
盡管共封裝光學(xué)技術(shù)已經(jīng)存在了一段時(shí)間，但 IBM 已經(jīng)創(chuàng)建了新的聚合物光波導(dǎo) (PWG) 技術(shù)來為共封裝光學(xué)技術(shù)提供動(dòng)力。PWG 使芯片制造商能夠在硅光子芯片的邊緣添加六倍多的光纖。每根光纖的寬度約為人類頭發(fā)的三倍，長度可從幾厘米到幾百米不等，每秒傳輸數(shù)兆兆位的數(shù)據(jù)。
這一切意味著什么呢？該公司表示，該技術(shù)意味著比當(dāng)今采用電氣技術(shù)的芯片間通信帶寬快 80 倍，并且可將能耗降低 5 倍以上。
它還可以將大型語言模型 (LLM) 的訓(xùn)練速度提高五倍，將訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn) LLM 所需的時(shí)間從三個(gè)月縮短到三周，并且通過使用更大的模型和更多的 GPU 可以提高性能。
除了允許 GPU 和加速器以更快的速度相互通信之外，它還可以重新定義計(jì)算行業(yè)通過電路板和服務(wù)器傳輸高帶寬數(shù)據(jù)的方式。
Khare 表示：“我們非常高興能夠利用光的力量來加速 Gen AI 和許多其他應(yīng)用的發(fā)展�！�
當(dāng)被問及該技術(shù)何時(shí)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化時(shí)，Khare 表示 IBM 的研究部門已經(jīng)做好了使用準(zhǔn)備。
在過去的一段時(shí)間里，電子芯片的發(fā)展已經(jīng)面臨巨大的物理和經(jīng)濟(jì)成本挑戰(zhàn)，“摩爾定律失效”的聲音愈加響亮。電子芯片以硅為基礎(chǔ)，當(dāng)制程降至7納米以下時(shí)，便容易出現(xiàn)電涌和電子擊穿等問題，導(dǎo)致難以控制。相對而言，光子芯片提供了新的解法，不僅能夠克服功耗和訪存能力的瓶頸，還能催生許多前所未有的應(yīng)用場景。
角逐光子芯片當(dāng)前，光子芯片正引發(fā)國內(nèi)外多個(gè)頂尖科研機(jī)構(gòu)的激烈競爭。以清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)為例，2023年4月，他們獨(dú)創(chuàng)性地提出了一種分布式廣度智能光計(jì)算架構(gòu)，開發(fā)了名為“太極”的光子芯片，其能量效率高于當(dāng)前的智能芯片數(shù)個(gè)數(shù)量級。這種技術(shù)在大場景智能分析和大模型訓(xùn)練等領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的潛力。
那么，光子芯片究竟是如何工作的呢？電子芯片依賴于電子晶體管和導(dǎo)電銅線，而光子芯片則以光子晶體管和導(dǎo)光波導(dǎo)為基礎(chǔ)。波導(dǎo)是傳播光信號的介質(zhì)，類似于我們常見的光纖。光子芯片可分為激光器芯片和探測器芯片，激光器芯片通過半導(dǎo)體材料激發(fā)電流以實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，而探測器芯片則通過光電效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。
盡管純光子芯片的研究還在實(shí)驗(yàn)階段，絕大部分光子芯片仍需借助電力進(jìn)行控制。據(jù)悉，清華大學(xué)的“太極II”芯片已經(jīng)展示了通過光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線訓(xùn)練的可能性，該芯片能夠在無需GPU的條件下實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理。這一進(jìn)展為光子芯片的實(shí)用化提供了希望。
光子芯片不僅能在計(jì)算領(lǐng)域大顯身手，還將在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)其應(yīng)用前景。由于其超高速數(shù)據(jù)傳輸能力，結(jié)合光纖網(wǎng)絡(luò)，光子芯片能推動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)入全新時(shí)代。抗干擾性能強(qiáng)的光子技術(shù)使得光子雷達(dá)的研發(fā)成為可能，同時(shí)在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，光子芯片也可實(shí)現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)處理和分析。
實(shí)現(xiàn)光子芯片的商用化還需克服技術(shù)與成本的多重挑戰(zhàn)。一旦這些難題得到解決，光子芯片的廣泛應(yīng)用將不僅意味著技術(shù)的突破，更有可能深刻改變我們生活的方方面面。
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