光芯片，為何被看好？
光芯片，為何被看好？
作者：楊鵬岳 來源：中國電子報、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)
今年以來，“光芯片”相關概念的熱度持續(xù)升溫。近期，光芯片市場由于需求增長迎來漲價潮；廣東省發(fā)布行動方案推動光芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展；全球科技企業(yè)頻頻對“光芯片”發(fā)出相關動作和聲音……當光芯片這把“火”越燒越旺，更多目光行業(yè)開始搜尋其“爆火”的背后邏輯。
光芯片之“火”越燒越旺
10月21日，廣東省人民政府辦公廳發(fā)布了《關于印發(fā)廣東省加快推動光芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動方案（2024—2030年）的通知》（以下簡稱“通知”）。《通知》指出，力爭到2030年取得10項以上光芯片領域關鍵核心技術突破，打造10個以上“拳頭”產(chǎn)品，培育10家以上具有國際競爭力的一流領軍企業(yè)，建設10個左右國家和省級創(chuàng)新平臺，培育形成新的千億級產(chǎn)業(yè)集群，建設成為具有全球影響力的光芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地。
除了劍指“千億級”光芯片產(chǎn)業(yè)集群的廣東，我國多地也啟動了在光芯片領域的布局。蘇州在高新區(qū)設立太湖光子中心，做大做強光芯片、光器件等細分領域，推動光子產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。據(jù)了解，光子產(chǎn)業(yè)被列入蘇州30條重點產(chǎn)業(yè)鏈之一，現(xiàn)已落戶億元以上重點項目69個、高質量科技項目134項，集聚光子領域企業(yè)超300家，形成了芯片材料-器件模組-集成裝備的整鏈條、多梯次發(fā)展方陣，年產(chǎn)值達720億元。此外，上海市將光量子芯片列入其五大未來產(chǎn)業(yè)中的“未來智能”。
一邊是各地積極布局光芯片產(chǎn)業(yè)，一邊是今年以來光芯片研發(fā)和應用新進展不斷。8月初，清華大學首創(chuàng)全前向智能光計算訓練架構，研制出“太極-Ⅱ”光芯片，實現(xiàn)了大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡的原位光訓練，為人工智能（AI）大模型探索了光訓練的新路徑。9月底，湖北九峰山實驗室在硅光子集成領域取得新進展，成功點亮集成到硅基芯片內(nèi)部的激光光源，這也是該項技術在國內(nèi)的首次成功實現(xiàn)。此外，由上海交通大學無錫光子芯片研究院建設國內(nèi)首條光子芯片中試線已正式啟用，標志著光子芯片正式步入產(chǎn)業(yè)化快車道。
在各地方、各企業(yè)的積極布局與推動下，“光芯片”熱度持續(xù)升溫。而放眼全球市場，在“光芯片”這條賽道上，英偉達、英特爾、博通、臺積電等眾多知名企業(yè)一直緊緊蹲守。
英特爾集成光子解決方案（IPS）部門于3月份在光纖通信大會（OFC）上展示了業(yè)界首款完全集成的光學計算互連（OCI）Chiplet芯粒，該芯粒與英特爾CPU封裝在一起，將過去通過銅線實現(xiàn)的電氣I/O接口傳輸數(shù)據(jù)，變成采用光學I/O解決方案，實現(xiàn)了高帶寬片上互連的突破。英偉達近期投資了利用硅光子技術支持下一代AI數(shù)據(jù)中心的初創(chuàng)公司Xscape Photonics，另有消息稱英偉達預計到2027年發(fā)布“Rubin Ultra” GPU計算引擎時有望為其GPU內(nèi)存綁定NVLink協(xié)議并提供光學互連。此外，臺積電推出了一種推出基于硅光子學的人工智能芯片封裝平臺，并在今年9月和日月光科技牽頭成立了硅光子產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
AI時代的“芯寵兒”
被業(yè)界看上的光芯片有何“妙處”？
據(jù)了解，光芯片是以光為媒介，用電磁波來傳遞信息的芯片，也是實現(xiàn)光電信號轉換的基礎元器件。相比使用電子傳遞信息的一般意義上的芯片，用光傳遞信息的光子芯片，理論上信息傳輸速度更快，傳播距離更遠，能量損耗更低。業(yè)內(nèi)人士認為，推動光芯片發(fā)展的最大意義在于，其為半導體產(chǎn)品在后摩爾時代的性能提升打開了新的路徑。
當前，生成式大模型的龐大參數(shù)規(guī)模和迅速增加的使用量，使云端算力需求急劇攀升，對算力芯片和互聯(lián)技術的性能、功耗和成本要求無不在升級。然而，隨著傳統(tǒng)半導體制程工藝已經(jīng)逐漸逼近物理極限，摩爾定律腳步放緩，芯片在進一步提升計算速度和降低功耗方面遭遇瓶頸。
“服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸正在不斷增加，當今的數(shù)據(jù)中心基礎設施難堪重負。目前的解決方案正在迅速接近電氣I/O性能的實際極限。”英特爾硅光集成解決方案團隊產(chǎn)品管理與戰(zhàn)略高級總監(jiān)Thomas Liljeberg表示。而英偉達創(chuàng)始人黃仁勛則多次公開發(fā)表“摩爾定律已經(jīng)終結”的看法，他曾表示：“我們再也不會看到CPU和通用計算機的速度每年翻一番了，如果每十年能翻一番，那就算幸運了。”
在摩爾定律放緩與人工智能時代到來之際，如何構建新一代計算架構，建立芯片“新”秩序？這成為國際高度關注的前沿熱點。在此之際，行業(yè)對光芯片的需求“呼之欲出”，光芯片技術被視為破局的關鍵。而這也是英特爾、英偉達、臺積電對光芯片領域保持高度興趣的根源。
從技術視角來看，與“光芯片”相關的概念涉及多重含義，包括光通信、光計算、光量子等。業(yè)內(nèi)人士指出，廣義上的光芯片并不是前沿技術，例如用于光通訊兩端的收發(fā)模塊都是光芯片，但這些都是不可編程的光學線性計算單元，而想要真正通過光來提升算力，可編程光芯片是關鍵。
業(yè)內(nèi)專家向記者表示，針對解決AI時代芯片性能和電力消耗制約問題，目前發(fā)展“光芯片”主要有兩種思路。第一種是光芯片與傳統(tǒng)芯片的混合集成，傳統(tǒng)芯片作為單個的計算單元，光芯片則負責計算單元之間的高速通信橋梁，從而建立集群運算，有效提高運算速度，同時功耗的增加也在可接受范圍內(nèi)。二是設計制造光計算芯片，突破傳統(tǒng)的微電子處理器芯片性能瓶頸。
雖然被行業(yè)寄予厚望的光芯片熱度持續(xù)攀升，但業(yè)內(nèi)人士指出，光芯片未來發(fā)展還有很長的路要走，在基礎研究上需要加大投入，在材料工藝等環(huán)節(jié)需要加快打通堵點，在產(chǎn)業(yè)化應用等更多方面也需要協(xié)同發(fā)力，攻克多道難關。
