当下，人工智能及年夜模子加快演进，算力已经成为科技成长的战略制高点。然而，传统电子芯片受限在数据流动的速率，正于成为算力晋升的瓶颈。当前，以光替电、光电交融的新型芯片——光子芯片技能正于鼓起，并慢慢走出试验室，为打造更高速、更节能的算力底座提供新方案。

芯片愈来愈强，算力“卡”于哪儿

打开手机，只需几秒就能用AI东西天生一幅画；输入几句话，智能助手即可对于答如流；各类短视频平台能精准捕获用户的兴致偏好，推送个性内容……人工智能，正之前所未有的速率走进糊口，成为不成或者缺的数字助手。然而，这些“丝滑”体验的暗地里，隐蔽着一个日趋紧急的问题——算力焦急。

跟着人工智能模子连续扩容，参数范围从万万级迈向千亿级，计较需求以指数级增加。特别是年夜语言模子、主动驾驶、图象天生等前沿运用，对于芯片机能、数据传输速率与能耗都提出了史无前例的挑战。对于此，有业内子士形象地比方：AI的“智慧”，是于高能耗与热量中淬炼而成。

于芯片机能连续加强的今天，为什么“算力瓶颈”依然如影随形？

现实上，算力瓶颈正于迁徙至体系内部的信息传输环节。练习一个年夜型模子凡是需要上千颗GPU（图形处置惩罚器）芯片协同运算，而GPU之间的数据传输速率远低在GPU内部的数据处置惩罚速率，成为制约计较效率的要害一环。DeepSeek之以是能异军崛起，一个很年夜的缘故原由就是经由过程底层软件层面的立异，优化了芯片间的传输效率，从而显著晋升了年夜范围模子练习与推理的效率，更鞭策了行业推理成本降落与技能普惠。

然而，体系的机能终极还有是要受限在硬件。今朝，年夜大都芯片之间的数据传输仍依靠“电互连”——经由过程金属导线通报电旌旗灯号。但这类成熟的方式正面对3个愈来愈难以轻忽的挑战：起首是带宽限定，电旌旗灯号于导线中流传时易受滋扰，速度难以进一步晋升；其次是能耗昂扬，为维持旌旗灯号完备性，往往需年夜量驱动及赔偿电路；再次是扩大性差，跟着传输间隔增加，机能急剧降落。

冲破之道于那边？科学家将眼光投向了“光”——基在光子芯片，将传统用在长间隔通讯的光旌旗灯号引入芯片间以致芯片内部实现“光互连”。这场被称为“光电交融”的技能厘革，不仅是通讯方式的改造，更有望重构整个算力架构的底层逻辑。

让“光”走进芯片，怎样实现

“光互连”广泛运用在远间隔数据传输中，如跨洲互连、电信主干网、年夜型数据中央等。咱们对于“光互联”其实不生疏，好比光纤的入户显著晋升了上彀速率。受此开导，科学界及财产界提出了一个前沿假想：可否让“光”走进芯片之间，甚至走进芯片自己，去晋升芯片标准上旌旗灯号传输的速率呢？

这个假想衍生出两条要害技能路径：共封装光学及光学输入输出。

顾名思义，共封装光学就是将光芯片及电芯片封装于统一个体系中。于传统方案中，光芯片凡是及电芯片分隔放置，间隔较远，需要经由过程电线/路线板举行毗连，存于旌旗灯号损耗及带宽瓶颈。共封装光学的思绪则是爽性把光芯片及电芯片“装于一路”，像拼乐高同样做成一个总体——将光收发模块紧贴主芯片，旌旗灯号从芯片发出后险些直接进入光芯片，再也不颠末长间隔电传输，极年夜缩短路径，降低延迟，晋升体系总体能效与带宽密度。共封装光学很是合适用于数据中央的互换机里，是今朝很多海内外科技企业重点投入的标的目的。

比拟之下，光学输入输出走患上更远。这是一种将光互毗连口嵌入芯片封装层的设计思绪，方针是实现芯片与芯片之间的光互连。光学输入输出不只是传输光旌旗灯号，更是芯片系统布局与互连机制的一次深层交融。它对于设计工艺、封装技能以和光子集成度要求更高，但一旦实现，将年夜幅晋升AI芯片之间的协同效率。

假如说共封装光学是让光芯片搬到了芯片“门口”，那末光学输入输出就是让“光的高速公路”直接通进芯片自己。这项技能对于集成度、成本及功耗要求更高，但也更合用在AI计较、GPU集群等场景，是下一代芯片架构的主要标的目的。

简而言之，共封装光学把光芯片切近芯片，让传输更高效。光学输入输出于芯片间开“光路”，为AI模子提速。不论是共封装光学还有是光学输入输出，它们的配合方针都是：让数据于芯片之间走患上更快、更稳、更省电。

芯片之间有“光桥”，效果怎样

最近几年来，跟着硅光子集成工艺不停成熟，“让光走进芯片”的假想正加速变为实际。国际上的半导体巨头企业正加快推进“光互连”技能结构，例如，国际知名企业就发布了“光速收集引擎”——硅光共封装光学互换机：Spectrum-X及Quantum-X。以Quantum-X为例，它每一秒能传输115万部高清影戏的数据，却比传统方案省电65%，相称在一座中型都会整年的路灯耗电。海内只管于这一范畴起步较晚，但最近几年来科研与财产气力快速成长，已经于多个要害技能上到达国际进步前辈程度，将来有望成为倾覆芯片行业的要害。

最近几年来，笔者地点团队于硅光子芯片上实现了60Tbps高相关光互连链路，展示了光互连于集成度、速度及能效三方面的巨年夜潜力。该体系基在多波长光源技能，于一个芯片上创造出了上百个互连的信道，实现了信息传输的高度并行化。同时，该方案降低了相关链路对于传统数字旌旗灯号处置惩罚器（DSP）的需求，为打破海内DSP芯片受限在进步前辈制程必需依靠在入口的困境提供了一个解决方案。此外，共同成熟的硅基工艺，实现了紧凑、高不变性的集成收发模块，为年夜范围运用提供可能。

从远间隔互连的光缆，到芯片之间的“光桥”，光电交融正悄然转变着咱们对待算力的方式。

已往，咱们习气在晋升单个芯片的机能，寻求更小的制程、更高的频率。但跟着AI模子范围的指数级增加，算力早已经不只是“单兵作战”的比拼，而是“结合作战”的协同问题。而光互连，正于为这场协同提供基础举措措施级另外解决方案。可以预感，于将来的数据中央、AI芯片组，甚至消费电子中，咱们将愈来愈多地看到光互连、光子集成的身影，它们将成为“智能社会”的坚实底座，是支撑将来几十年信息大水的隐形梁柱。

就像铁路之在工业革命，电网之在信息时代，光子芯片可能恰是下一代算力社会的基础举措措施。让芯片之间架起“光之桥梁”，将来，才走患上更快，走患上更远。

（作者：常林，系北京年夜学电子学院研究员）