據(jù)北京大學領(lǐng)導的一個國際科學家小組稱，一種利用光(而不是電)來同步處理器的新型 100 千兆赫芯片可以開啟高速人工智能計算、下一代通信和遙感的未來。

研究人員表示，全光學設(shè)計重新定義了芯片時鐘信號的生成方式，為更快、更高效的計算打開了大門。

任何計算機的主處理器——中央處理器 (CPU)都依賴于時鐘信號產(chǎn)生的穩(wěn)定脈沖和特定頻率來同步其內(nèi)部功能。

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

一般來說，時鐘速度越高，CPU在給定時間內(nèi)可以執(zhí)行的指令就越多，這意味著計算能力更強。

該團隊由北京大學新型光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)國家重點實驗室、中國科學院空天信息研究院和美國加州大學圣巴巴拉分校的成員組成，他們上周在同行評議期刊《自然電子學》上發(fā)表了他們的研究成果。

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

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

另一個缺點是，芯片通常只能以一種主時鐘速度運行，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，通過光子產(chǎn)生時鐘信號。光的傳播速度比電快得多，所以用光子時鐘處理信息比電子時鐘快得多。”

研究顯示，該團隊開發(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，并為系統(tǒng)中的電子設(shè)備提供參考時鐘。

常說：“通過在芯片上構(gòu)建一個看起來像賽馬場的環(huán)，光可以以光速持續(xù)‘奔跑’。然后，每圈的時間被用作片上時鐘的標準。因為一圈需要幾十億分之一秒，所以時鐘可以以超高的速度調(diào)節(jié)時間?！?/p>

常補充說，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)進步時，手機硬件就不必再更新了?！?/p>

“現(xiàn)有的GPU和CPU運行速度在2到3GHz左右，而我們團隊已經(jīng)實現(xiàn)了100GHz以上的時鐘速度。這意味著我們可以在更短的時間內(nèi)計算更多，為人工智能的發(fā)展提供更強大的計算能力?！?/p>

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

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