近日，光本位科技宣布一項(xiàng)顛覆性突破 —— 摒棄行業(yè)主流的硅襯底，轉(zhuǎn)而采用玻璃作為基底研發(fā)光計(jì)算芯片，此舉有望打破傳統(tǒng)光計(jì)算芯片的性能瓶頸，為 AI 計(jì)算的大規(guī)模應(yīng)用注入全新動(dòng)力。
此前，全球光計(jì)算領(lǐng)域普遍錨定硅襯底技術(shù)路線，核心原因在于硅光平臺與成熟的 CMOS 工藝無縫兼容，具備工藝穩(wěn)定、集成便捷的優(yōu)勢。但這一技術(shù)路線的短板也十分突出，純硅調(diào)制架構(gòu)下，光計(jì)算芯片的矩陣規(guī)模擴(kuò)展難度極大。從 64×64 矩陣升級至 128×128 矩陣，行業(yè)耗費(fèi)了整整三年時(shí)間，矩陣規(guī)模的遲滯不前，直接制約了芯片算力的提升和應(yīng)用場景的拓展。
與此同時(shí)，AI 計(jì)算市場正迎來結(jié)構(gòu)性變革。據(jù)預(yù)測，到 2030 年 AI 推理將占據(jù) AI 計(jì)算總量的 75%，對應(yīng)市場規(guī)模高達(dá) 2550 億美元。當(dāng)前推理市場由 ASIC 芯片主導(dǎo)，GPU 則因能效比不足，難以匹配未來 AI 計(jì)算大規(guī)模、高效率的應(yīng)用需求。正是在這樣的產(chǎn)業(yè)背景下，光本位科技另辟蹊徑，踏上玻璃襯底光計(jì)算芯片的研發(fā)之路，試圖重構(gòu)光計(jì)算的技術(shù)版圖。
算力能效雙突破 顛覆傳統(tǒng)芯片性能極限
相較于硅襯底光計(jì)算芯片，玻璃襯底方案在算力上實(shí)現(xiàn)了量級跨越。受光刻機(jī)最大光罩尺寸限制，傳統(tǒng)硅光平臺的芯片最大尺寸被鎖定在 32mm×25mm，若進(jìn)一步擴(kuò)大面積，設(shè)計(jì)與工藝難度將呈指數(shù)級增長。而光本位科技采用納米壓印工藝，以玻璃為襯底，在保障芯片精度的前提下，成功突破了硅光平臺的尺寸桎梏。
據(jù)光本位科技聯(lián)合創(chuàng)始人程唐盛介紹，一塊 200mm×200mm 的玻璃光計(jì)算芯片，算力可達(dá) 2600POPS，是主流 ASIC 芯片的 1400 倍、GPU 的 1300 倍。更值得關(guān)注的是，玻璃襯底芯片的尺寸仍有數(shù)倍提升空間，這意味著其算力天花板遠(yuǎn)未觸及，未來還有巨大的增長潛力。
在能效比層面，玻璃光計(jì)算芯片同樣交出亮眼答卷。依托相變材料的非易失性，該芯片實(shí)現(xiàn)了零靜態(tài)功耗，僅需一次電驅(qū)動(dòng)即可完成整項(xiàng) AI 計(jì)算任務(wù)。玻璃本身具備極弱的非線性光學(xué)效應(yīng)，使得光在波導(dǎo)內(nèi)的傳播損耗大幅降低，芯片可搭配小功率激光器，進(jìn)一步壓縮能耗。此外，玻璃在介電損耗、透光率、表面平整度和熱穩(wěn)定性等方面的天然優(yōu)勢，也為降低功耗提供了多重保障。程唐盛預(yù)測，200mm×200mm 規(guī)格的玻璃光計(jì)算芯片，能效比將突破 1000TPOS/W，是 ASIC 芯片的 200 倍以上，能顯著緩解數(shù)據(jù)中心的能源消耗和散熱壓力。
破解內(nèi)存墻難題 實(shí)現(xiàn)存算一體架構(gòu)創(chuàng)新
除了算力與能效的突破，玻璃光計(jì)算芯片還精準(zhǔn)擊中了 AI 大模型的核心痛點(diǎn) —— 內(nèi)存瓶頸。傳統(tǒng)芯片遵循馮?諾依曼架構(gòu)，計(jì)算單元與存儲單元相互分離，數(shù)據(jù)需在兩者間頻繁傳輸，形成了制約計(jì)算效率的 “內(nèi)存墻”。
光本位科技的解決方案是，利用相變材料的非易失性，打造存算一體的光芯片架構(gòu)。在這款芯片中，計(jì)算單元與存儲單元合二為一，可直接存儲 AI 計(jì)算所需的各類參數(shù)，無需反復(fù)調(diào)取內(nèi)存數(shù)據(jù)。200mm×200mm 的玻璃光計(jì)算芯片，可集成 6.5 億個(gè)計(jì)算單元，每個(gè) token 的計(jì)算都以光速完成，不僅大幅提升了數(shù)據(jù)處理效率，更憑借零靜態(tài)功耗的特性，進(jìn)一步優(yōu)化了運(yùn)行成本。
研發(fā)進(jìn)展超預(yù)期 全光計(jì)算系統(tǒng)藍(lán)圖浮現(xiàn)
目前，光本位科技的玻璃光計(jì)算芯片研發(fā)已駛?cè)肟燔嚨馈９疽淹瓿刹ＡЩ咨瞎獠▽?dǎo)等核心光學(xué)器件的制備工藝驗(yàn)證，波導(dǎo)損耗指標(biāo)優(yōu)化至低于硅光平臺的水平。與此同時(shí)，大規(guī)模陣列樣品的制備工作與相變材料的工藝優(yōu)化同步推進(jìn)，上下游產(chǎn)業(yè)鏈也已實(shí)現(xiàn)貫通：上游與納米壓印設(shè)備廠商聯(lián)合優(yōu)化工藝參數(shù)，下游與大型企業(yè)建立研發(fā)應(yīng)用雙向反饋機(jī)制，為產(chǎn)品的快速迭代和商業(yè)化落地筑牢基礎(chǔ)。
不止于芯片研發(fā)，光本位科技更勾勒出下一代全光計(jì)算系統(tǒng)的宏大藍(lán)圖。其目標(biāo)是構(gòu)建全光驅(qū)動(dòng)的 AI 計(jì)算體系，讓整個(gè) AI 計(jì)算任務(wù)都通過光信號完成，徹底突破電計(jì)算的能耗與散熱瓶頸，實(shí)現(xiàn)超高算力與超低能耗的兼顧。玻璃襯底的獨(dú)特優(yōu)勢在此過程中尤為關(guān)鍵，其表面平整、熱膨脹系數(shù)低、翹曲率小的特性，能夠更便捷地實(shí)現(xiàn)不同平臺芯片的集成，為全光計(jì)算系統(tǒng)的搭建提供了核心支撐。
重構(gòu)產(chǎn)業(yè)格局 開啟全場景算力解決方案
對于光計(jì)算的未來，程唐盛信心十足。他認(rèn)為，玻璃光計(jì)算芯片將顛覆當(dāng)前光計(jì)算產(chǎn)品 “電主光輔” 的架構(gòu)，推動(dòng)行業(yè)向 “光電融合、以光為主” 乃至 “全光” 的計(jì)算集群架構(gòu)演進(jìn)。
光本位科技的目標(biāo)，是打造覆蓋全場景的全棧光計(jì)算解決方案：面向 C 端用戶，推出算力達(dá) 50P + 的玻璃光計(jì)算盒子，其算力堪比家用小型數(shù)據(jù)中心，可支撐人形機(jī)器人等智能設(shè)備的運(yùn)行；針對大模型企業(yè)，提供 500P + 算力的 “光算 + 光連” 一體化方案；為政府和大型企業(yè)，則量身定制 “光算 + 光連 + 光傳” 的綜合解決方案，助力建設(shè)算力超 5000P + 的大型數(shù)據(jù)中心。
這場由玻璃襯底引發(fā)的算力革命，有望成為中國科技企業(yè)改寫全球 AI 計(jì)算競爭格局的關(guān)鍵契機(jī)，推動(dòng)行業(yè)迎來類似新能源汽車的顛覆性產(chǎn)業(yè)變革。
