世界視訊！同時用多種顏色光傳輸數據，新型光子芯片突破高性能計算“帶寬瓶頸”

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科技日報記者?張夢然

在最新一期《自然·光子學》上，美國哥倫比亞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輸大量數據。該芯片不需要使用多個激光器來產生不同波長的光，而只需要一個激光器來產生數百個不同波長的光，這些光可同時傳輸獨立的數據流。

由克爾頻率梳驅動的光子集成鏈路。圖片來源：光波研究實驗室/哥倫比亞大學工程學院

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，它們在節點之間傳輸的數據量是造成當前“帶寬瓶頸”的根源，其限制了這些系統的性能和擴展。

這些系統中的節點可相距一公里以上。由于金屬線在高速傳輸數據時會將電信號以熱量的形式耗散，因此這些系統通過光纖電纜傳輸數據。不幸的是，當信號從一個節點發送到另一個節點時，在將電數據轉換為光數據（然后再轉換回來）的過程中浪費了大量能量。

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

團隊設計了一種新穎的光子電路架構，允許每個通道單獨編碼數據，同時對相鄰通道的干擾最小。在實驗中，研究人員成功地以每秒16吉字節的速度傳輸32種不同波長的光，單光纖總帶寬為512吉字節/秒，傳輸1萬億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。傳輸數據的硅芯片尺寸僅為4毫米×1毫米，而接收光信號并將其轉換為電信號的芯片尺寸僅為3毫米×1毫米，兩者都比人類的指甲還小。

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

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