據(jù)北京大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際科學(xué)家小組稱，一種利用光(而不是電)來(lái)同步處理器的新型 100 千兆赫芯片可以開(kāi)啟高速人工智能計(jì)算、下一代通信和遙感的未來(lái)。

研究人員表示，全光學(xué)設(shè)計(jì)重新定義了芯片時(shí)鐘信號(hào)的生成方式，為更快、更高效的計(jì)算打開(kāi)了大門(mén)。

任何計(jì)算機(jī)的主處理器——中央處理器 (CPU)都依賴于時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生的穩(wěn)定脈沖和特定頻率來(lái)同步其內(nèi)部功能。

處理器的速度(時(shí)鐘速度)決定了 CPU 執(zhí)行指令的速度，以千兆赫 (GHz) 為單位。例如，時(shí)鐘速度為2 GHz的CPU每秒可以執(zhí)行 20 億個(gè)時(shí)鐘周期。

一般來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘速度越高，CPU在給定時(shí)間內(nèi)可以執(zhí)行的指令就越多，這意味著計(jì)算能力更強(qiáng)。

該團(tuán)隊(duì)由北京大學(xué)新型光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院空天信息研究院和美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校的成員組成，他們上周在同行評(píng)議期刊《自然電子學(xué)》上發(fā)表了他們的研究成果。

該研究的第一作者、北京大學(xué)信息與通信技術(shù)研究所助理教授常林表示，該團(tuán)隊(duì)選擇光作為傳輸和處理信息的媒介，以提高計(jì)算速度。

常林表示，傳統(tǒng)芯片使用電子振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，但這種方法耗電太多，產(chǎn)生大量熱量，而且速度沒(méi)有顯著提高。

另一個(gè)缺點(diǎn)是，芯片通常只能以一種主時(shí)鐘速度運(yùn)行，這意味著不同的應(yīng)用需要完全不同的芯片制造技術(shù)，從而推高了芯片的成本。

他表示：“我們的芯片使用光作為媒介，通過(guò)光子產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。光的傳播速度比電快得多，所以用光子時(shí)鐘處理信息比電子時(shí)鐘快得多。”

研究顯示，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種“片上微梳”，可以合成覆蓋寬頻帶的單頻和寬帶信號(hào)，并為系統(tǒng)中的電子設(shè)備提供參考時(shí)鐘。

常說(shuō)：“通過(guò)在芯片上構(gòu)建一個(gè)看起來(lái)像賽馬場(chǎng)的環(huán)，光可以以光速持續(xù)‘奔跑’。然后，每圈的時(shí)間被用作片上時(shí)鐘的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橐蝗π枰獛资畠|分之一秒，所以時(shí)鐘可以以超高的速度調(diào)節(jié)時(shí)間?！?/p>

常補(bǔ)充說(shuō)，配備新技術(shù)的芯片可以覆蓋各種微波頻段?！斑@款芯片支持從5G到6G的手機(jī)通信，甚至更高的速度。有了新的芯片技術(shù)，每次通信技術(shù)進(jìn)步時(shí)，手機(jī)硬件就不必再更新了。”

“現(xiàn)有的GPU和CPU運(yùn)行速度在2到3GHz左右，而我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了100GHz以上的時(shí)鐘速度。這意味著我們可以在更短的時(shí)間內(nèi)計(jì)算更多，為人工智能的發(fā)展提供更強(qiáng)大的計(jì)算能力。”

團(tuán)隊(duì)表示，他們可以在20厘米(8英寸)的晶圓上生產(chǎn)數(shù)千個(gè)相同的芯片，同時(shí)繼續(xù)致力于解決穩(wěn)定性問(wèn)題和優(yōu)化封裝工藝。解決這些問(wèn)題將引領(lǐng)消費(fèi)者友好的應(yīng)用。

北京大學(xué)表示，這項(xiàng)新技術(shù)將“為通信和感知領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化”。不僅可以顯著降低手機(jī)基站的能耗和設(shè)備成本，同時(shí)也能提高自動(dòng)駕駛的感知精度和響應(yīng)速。