電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道 10月9日消息，日本電信巨頭NTT聯(lián)合康奈爾大學(xué)、斯坦福大學(xué)宣布成功研發(fā)全球首款可編程非線性光子芯片，相關(guān)成果發(fā)表于《自然》雜志。這一突破不僅標(biāo)志著光子芯片技術(shù)從“專用化”向“通用化”的跨越，更預(yù)示著人工智能、量子計(jì)算、5G/6G通信等領(lǐng)域?qū)⒂瓉硭懔εc能效的革命性提升。

傳統(tǒng)光子器件受限于“一設(shè)備一功能”的設(shè)計(jì)模式，制造成本高昂且良率低下。NTT團(tuán)隊(duì)基于氮化硅材料開發(fā)的這款芯片，通過投射特定結(jié)構(gòu)化光圖案實(shí)現(xiàn)非線性光學(xué)特性的動態(tài)調(diào)控，可在單一芯片上快速切換多種非線性功能。例如，芯片可同時(shí)支持可調(diào)諧光源、光計(jì)算、量子頻率轉(zhuǎn)換等不同場景，突破了物理硬件的固定功能限制。

研究團(tuán)隊(duì)指出，該芯片通過外部光圖案“編程”，可在制造后重構(gòu)功能，有效補(bǔ)償生產(chǎn)誤差，提升大規(guī)模生產(chǎn)良率。

該研究成果將為多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域賦能。如在量子計(jì)算領(lǐng)域，芯片可實(shí)現(xiàn)可編程量子頻率轉(zhuǎn)換器與量子光源，為量子比特提供高精度操控能力。

在通信基礎(chǔ)設(shè)施中，芯片支持寬范圍可調(diào)諧光源與任意波形發(fā)生器，顯著增強(qiáng)5G及6G基站性能。NTT提出的IOWN（創(chuàng)新型光與無線網(wǎng)絡(luò)）架構(gòu)中，此類芯片可構(gòu)建全光子網(wǎng)絡(luò)（APN），將延遲降低至現(xiàn)有方案的1/200，同時(shí)通過網(wǎng)狀光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心分散互聯(lián)，促進(jìn)可再生能源利用。

在AI算力集群中，芯片可替代傳統(tǒng)電子加速器完成矩陣運(yùn)算。中國光本位科技研發(fā)的128×128矩陣規(guī)模光子存內(nèi)計(jì)算芯片已實(shí)現(xiàn)2560TOPS理論峰值算力，功耗比達(dá)3.2TOPS/W。NTT芯片通過非線性功能擴(kuò)展，可進(jìn)一步優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中的激活函數(shù)計(jì)算，提升模型推理效率。

據(jù)IDTechEx預(yù)測，到2035年光子集成電路市場規(guī)模將突破540億美元。NTT的突破正加速這一進(jìn)程。中國企業(yè)在這一領(lǐng)域亦表現(xiàn)強(qiáng)勁。光本位科技通過硅光+相變材料異質(zhì)集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全球首款光芯片存算一體商業(yè)化；上海交大研發(fā)的非易失可編程光收發(fā)芯片支持400Gbps傳輸，靜態(tài)功耗接近零。

長期來看，光子芯片將推動計(jì)算架構(gòu)向“光電融合”演進(jìn)：中科院預(yù)測，單顆光子芯片算力未來可能相當(dāng)于1000顆頂級GPU的總和。

從巴倫西亞理工大學(xué)2024年發(fā)布的首款通用可編程光子芯片，到NTT此次的非線性功能突破，光子計(jì)算正從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。