实验室角落的光子计算:那束光正在改变算力

张工今天又泡在实验室。退休五年了,他的搪瓷缸还放在原来实验台的角落,缸身掉了漆,印着的”2000年所庆”还清晰。现在这张台不是他的了,给了新来的年轻人小苏,做光子计算。

玻璃台面上的光斑,代替了硅片上的晶体管

张工凑过去看,一块巴掌大的玻璃衬底上,刻着密密麻麻的光学波导,比他当年做的180nm工艺晶体管还要密。一束激光从端口打进去,瞬间分成几千道细得几乎看不见的光斑,顺着波导拐来拐去,最后在接收端拼成需要的计算结果。
光子计算芯片实验室光斑测试图
光子计算芯片实验室光斑测试图
说穿了其实很好理解。跑了半个世纪的硅基芯片,现在撞到了天生的物理天花板:电子挤在一起会碰撞发热,线宽缩到3nm以下,量子隧穿效应就会让电子乱跳,再砸多少钱也撬不动这个瓶颈。光子不一样,不同波长的光挤在同一根波导里也不会互相干扰,天生就带天然并行计算属性。相当于硅芯片是单车道的乡村公路,光子计算直接修了八车道的高速,不堵车,不发热,同等体积能跑的计算量翻了好几个等级。 张工摸了摸那块玻璃衬底,入手是凉的。不像他当年测硅芯片,跑十分钟就能烫得握不住镊子。”真没想到啊,我们挤了一辈子线宽,最后居然换了个赛道。”他跟小苏说。

最先吃到螃蟹的,已经下场干活了

别觉得光子计算还是PPT上的黑科技,还停留在科幻小说里。前两年可能是,现在真的已经落地赚钱了。
商用光子计算加速卡原型机
商用光子计算加速卡原型机
苏州有家做创新药的药企,去年就用上了光子计算加速卡筛抗癌靶点。原来用传统的硅基超算跑一次分子对接模拟,要整整七天,现在呢?六个小时出结果。这是什么概念?创新药研发周期直接按年压缩,说不定本来要十年才能上市的救命药,五六年就能用到病人身上。 说实话,现在AI大模型疯长,算力价格涨得比一线城市房租还快,训练一次烧几千万度电,够一个小县城用一整年,这种发展模式真的可持续吗?不过话说回来,光子计算也不是要彻底取代硅芯片。现在主流的方案都是异构加速,硅芯片干它擅长的逻辑控制,光子计算干它擅长的并行矩阵计算,各干各的,一加一远大于二。 上个月国内刚发布了首款光子计算AI推理芯片,跑大模型推理的能效比,比传统GPU高了两个数量级。啥意思?同样一度电,原来跑一百个并发请求,现在能跑一万个,普通人刷AI应用的成本,未来直接就能打下来。

普通人什么时候能沾上这束光?

普通人什么时候能沾上这束光?
普通人什么时候能沾上这束光?
很多人提起光子计算都会说,这都是大企业、实验室的事,跟我一个普通人有啥关系?这话不对。所有改变世界的技术,从来都是先从实验室走出来,先给企业用,最后顺着产业链流进每个人的日常。你现在手机里的CMOS,导航用的卫星定位,哪一个不是几十年前实验室里的黑科技? 那光子计算能给普通人的生活带来什么? 比如你现在戴的AR眼镜,为啥总要连手机连云端,没信号就变成一块废玻璃?因为本地硅芯片跑不起那么大的空间建模模型。要是把指甲盖大的光子计算模块塞进去呢?本地就能跑全尺寸的AR渲染,不管你在深山露营还是地下车库停车,都能流畅用。 再比如天气预报,现在预测一周后的暴雨误差还很大,要是用光子计算跑精度高一个数量级的大气模拟,能提前十天就精准报出哪里会积水哪里会内涝,能少多少家破人亡的悲剧? 张工退休后本来在家带孙子浇花,日子过得慢悠悠。结果小苏找上门,说现在光子芯片抛光玻璃衬底,要的就是张工当年磨硅片练出来的手上功夫,老师傅的手感,比自动化机器调出来的精度还准。张工想都没想就答应了,现在天天泡实验室,比上班还积极。他说,我搞了一辈子半导体,原来以为这点手艺要带进棺材了,没想到这束光还给了我一次干活的机会。 那天我去所里找张工拿旧资料,刚好碰到他们测试新的芯片。激光打进去,整个玻璃台面浮着一层淡蓝色的光斑,像把星星揉碎了撒在台面上。谁也说不准,这束光会不会就是下一个算力时代的起点。 说不定再过三十年,我们的孩子翻开科技课本,会奇怪当年为什么非要用电子跑计算,就像我们现在奇怪,几十年前为什么要用几十万只真空管拼一台计算机一样。光从宇宙诞生的时候就存在了,我们不过才刚刚学会,怎么用它来算我们想算的题。 路还长着呢。对吧?

作者|大讲堂

排版|大讲堂

审核|白杨

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