同時用多種顏色光傳(chuan) 輸數據

　　新型光子芯片突破高性能計算“帶寬瓶頸”

　　科技日報北京7月4日電 (記者張夢然)在最新一期《自然·光子學》上，美國哥倫(lun) 比亞(ya) 大學工程學院研究人員展示了一種新型節能芯片，可通過連接節點的光纖電纜傳(chuan) 輸大量數據。該芯片不需要使用多個(ge) 激光器來產(chan) 生不同波長的光，而隻需要一個(ge) 激光器來產(chan) 生數百個(ge) 不同波長的光，這些光可同時傳(chuan) 輸獨立的數據流。

　　運行大型語言模型等人工智能程序的數據中心和高性能計算機，它們(men) 在節點之間傳(chuan) 輸的數據量是造成當前“帶寬瓶頸”的根源，其限製了這些係統的性能和擴展。

　　這些係統中的節點可相距一公裏以上。由於(yu) 金屬線在高速傳(chuan) 輸數據時會(hui) 將電信號以熱量的形式耗散，因此這些係統通過光纖電纜傳(chuan) 輸數據。不幸的是，當信號從(cong) 一個(ge) 節點發送到另一個(ge) 節點時，在將電數據轉換為(wei) 光數據(然後再轉換回來)的過程中浪費了大量能量。

　　新研發的毫米級係統采用了波分複用和克爾頻率梳設備，在輸入端接收單色光，並在輸出端產(chan) 生許多新顏色的光。這些設備是光通信的理想來源，對每種顏色的光，人們(men) 可編碼獨立的信息通道，並通過單根光纖傳(chuan) 播它們(men) 。這一突破可讓係統在不消耗更多能源的情況下傳(chuan) 輸更多的數據。

　　團隊設計了一種新穎的光子電路架構，允許每個(ge) 通道單獨編碼數據，同時對相鄰通道的幹擾最小。在實驗中，研究人員成功地以每秒16吉字節的速度傳(chuan) 輸32種不同波長的光，單光纖總帶寬為(wei) 512吉字節/秒，傳(chuan) 輸1萬(wan) 億(yi) 比特數據中的錯誤率不到1比特——達到令人難以置信的高水平的速度和效率。傳(chuan) 輸數據的矽芯片尺寸僅(jin) 為(wei) 4毫米×1毫米，而接收光信號並將其轉換為(wei) 電信號的芯片尺寸僅(jin) 為(wei) 3毫米×1毫米，兩(liang) 者都比人類的指甲還小。

　　該成果展示了一條可行的途徑，既可大幅降低係統能耗，又能將計算能力提高幾個(ge) 數量級，從(cong) 而使人工智能應用程序以指數級速度持續增長，並對環境影響最小。