日本NTT攜手美高校突破光子芯片“編程化”，算力架構(gòu)邁入新紀(jì)元
10月9日，全球領(lǐng)先的通信企業(yè)日本NTT與康奈爾大學(xué)、斯坦福大學(xué)研究團隊聯(lián)合宣布，成功研制出全球首款可編程非線性光子芯片，相關(guān)論文已發(fā)表于權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》。此項技術(shù)進展被認為將推動光子芯片從“專用”走向“通用”，為人工智能、量子計算和5G/6G通信等領(lǐng)域的算力和能效帶來革命性升級。
從“硬件固化”到“光子可編程”
長期以來，傳統(tǒng)光子器件受制于“一設(shè)備一功能”，設(shè)計與制造流程復(fù)雜、成本高昂，且良率有限。此次NTT團隊以氮化硅材料為基礎(chǔ)，開發(fā)出通過外部特定結(jié)構(gòu)化光圖案實現(xiàn)非線性光學(xué)響應(yīng)動態(tài)調(diào)控的新型芯片架構(gòu)；同一芯片內(nèi)可靈活切換多種非線性功能場景，如可調(diào)諧光源、即時光計算、量子頻率轉(zhuǎn)換等，顯著打破原有物理硬件固化設(shè)計的局限。
研究團隊指出，該芯片支持“外部光圖案編程”——即便生產(chǎn)完成后，仍可通過光學(xué)手段重新定義或微調(diào)其功能，有效補償制造偏差，顯著提升規(guī)模化量產(chǎn)的良率與一致性。
多領(lǐng)域落地應(yīng)用前景
在量子計算方向，這項技術(shù)有望用于打造可編程量子頻率轉(zhuǎn)換器和量子光源，實現(xiàn)量子比特的高精度操控。在通信基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，該芯片支持廣域可調(diào)光源及任意波形發(fā)生器，將成為5G和6G基站的核心算力部件。特別是在NTT提出的IOWN（創(chuàng)新型光與無線網(wǎng)絡(luò)）架構(gòu)中，新型光子芯片有望打造全光子網(wǎng)絡(luò)（APN），網(wǎng)絡(luò)時延將壓縮至現(xiàn)有技術(shù)的1/200。在數(shù)據(jù)中心側(cè)，更高效的分布式互聯(lián)架構(gòu)有助于提升可再生能源利用效率。
人工智能算力集群同樣受益顯著。該光子芯片能夠替代部分傳統(tǒng)電類加速器完成大規(guī)模矩陣乘法等核心運算。中國企業(yè)光本位科技已實現(xiàn)128×128矩陣光子存算一體芯片，理論峰值算力可達2560TOPS，能效比3.2TOPS/W。NTT此次突破的非線性可編程功能，有助于在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中靈活實現(xiàn)激活函數(shù)等復(fù)雜操作，進一步提升推理效率。
市場與產(chǎn)業(yè)化勢頭加速
根據(jù)IDTechEx數(shù)據(jù)，全球光子集成電路市場規(guī)模有望于2035年突破540億美元。中國相關(guān)企業(yè)在該領(lǐng)域布局同樣積極：光本位科技已實現(xiàn)硅光與相變材料異質(zhì)集成的商用芯片，上海交通大學(xué)非易失可編程光收發(fā)芯片支持400Gbps高速傳輸，靜態(tài)功耗近乎為零。
科院相關(guān)機構(gòu)預(yù)判，未來單顆光子芯片的算力或?qū)⒌韧?000顆頂級GPU，推動整體算力架構(gòu)邁向多維度“光電融合”。
結(jié)語
從巴倫西亞理工大學(xué)發(fā)布通用可編程芯片，到NTT攻克非線性可編程光子芯片，光子計算正逐步走出實驗室、邁入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段。行業(yè)普遍認為，編程化、通用化將成為下一代光子技術(shù)的重要方向，引領(lǐng)全球算力變革新航道。
