龙年预见·新质生产力|芯片,也要相信“光”

银柿财经 魏王笑天 2024-02-10 13:00:21

2023年阿里达摩院青橙奖科学家常林认为,今年光芯片技术在手机和电脑里CPU、GPU之间的互联技术会有突破,更多的突破会出现在制造端多材料的光芯片加工上。

编者按:过去的一年,人类社会在AI、具身机器人、脑机接口等领域取得着瞩目成就,令我们目不暇接。新时代的大门已经开启。站在龙年开首,我们想问,科技进步带来的新质生产力会把我们带向何方?光芯片、飞行汽车以及不断进化的AI,又会打开一幅怎样的人类社会图景?在此,请同银柿财经一起,聆听技术最前沿科学家们的声音。


每当谈及芯片,人们总会下意识地将其与“集成电路”划上等号,然而随着科技的发展,芯片已不仅仅是集成电路代名词。“你相信光吗?”这是在谈到光伏行业时,不少投资者的口头禅,但或许在不远的将来,“光”还会成为下一代芯片技术研发的核心。

“如果我们可以在芯片上去操控光,那就可以实现信息系统感知、处理以及传输性能的飞跃”,北京大学先进集成光子芯片实验室研究员常林接受银柿财经专访时这样说。

常林毕业于美国加州大学圣芭芭拉分校光子与电子学博士,他在硅基光电子的集成技术领域做出了大量国际领先的工作,并开拓了集成光子芯片的一系列应用新场景。

常林 图源 阿里达摩院

从集成电路到集成光路

 “传统的微电子技术,也就是现在我们说的集成电路,是在片上用大规模集成的晶体管,通过操控电子去进行一系列的计算。通过在集成电路上布一些铜线,然后利用电子去进行信息的传输。”常林表示,相较于微电子技术,光技术采取的是完全不同的范式,光也是在硅基上去制备,做半导体的工艺加工,但是对信息进行处理、传输的媒介变成了光子;而光子的频率、所能承载的带宽高出电子很多,在同样的时间内,光对信息的传输速度要快很多。因此,集成光学所构建的光子芯片,被广泛认为是下一代芯片技术的重要方案。

在过去十年的时间,常林主要的工作领域就是研究如何在硅基上实现大规模的集成光路,然后利用这些集成光芯片进行信息的片上处理以及传输,从而大幅提升传统通信和计算的速度。

 常林表示,理论上来说,如果光电能够配合起来,未来的新型计算和传输的架构性能应该会远超现在用最先先进制程做出来的纯电芯片。

 或成AI时代“必争之地”

 在ChatGPT引领下,人类社会目前已经步入人工智能时代,在这种背景下,光芯片正逐渐成为各大巨头角逐的前沿阵地。

常林告诉银柿财经,人工智能领域中常常被提及光模块就属于光通信的一种,在未来AI发展的过程中,光模块会起到比较重要的作用,需求量会很大。

在传输上,半导体厂商会探索如何利用光把封装在一起的多个CPU、GPU完全的连接起来,这样能使得传输效率和仅通过片间的光互联,就可以把在手机或电脑里计算的速度提升几个数量级。

除了传输之外,接下来要做的就是把光的计算技术也引入到芯片上。光在片上传播一次,就可以进行一次计算,因此光的计算速度也非常快。

常林表示,三星、英特尔、台积电、英伟达等都已进行光芯片的产业布局,英特尔已经实现了光芯片的大规模量产以及出货。后面,随着AI的发展,国内各企业在光芯片这一前沿领域将展开更激励竞争。

 光芯片技术或有两处突破

龙年里,光芯片技术又会在哪些领域实现突破?常林告诉银柿财经,有两处的突破可能性较大。首先就是光技术用于手机和电脑里CPU、GPU之间的互联。他认为,目前全球各大芯片巨头已就此展开了快速布局,产品的迭代速度也会加速。这将成为光芯片技术2024年在应用端一个很大的增长点。

 其次,另一突破可能会出现在制造端多材料的光芯片加工。此前,全球只有英特尔公司在这方面处于领先地位。目前,随着市场愈发意识到了这种加工技术对光芯片产业的支撑作用,国内外的企业都开始纷纷布局这种多材料集成的能力。预计也是在2024年,会有很多的厂商会进行多材料集成的探索。

 或许,不远的将来,当谈及芯片相关的话题,人们口中所讲不仅仅是7纳米、5纳米、3纳米等的制程突破,而会是 “集成电路”与“集成光路”的融合。

(本栏目发布顺序按专访科学家拼音排序)

(编辑:杨锐)
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