據(jù)北京大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際科學(xué)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(xué)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(jī)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(qiáng)。

該團(tuán)隊由北京大學(xué)新型光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)國家重點實驗室、中國科學(xué)院空天信息研究院和美國加州大學(xué)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(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(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(tuán)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(biāo)準(zhǔn)。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。”

常補(bǔ)充說，配備新技術(shù)的芯片可以覆蓋各種微波頻段。“這款芯片支持從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，手機(jī)硬件就不必再更新了?！?/p>

“現(xiàn)有的GPU和CPU運(yùn)行速度在2到3GHz左右，而我們團(tuán)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(qiáng)大的計算能力?！?/p>

團(tuán)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(fèi)者友好的應(yīng)用。

北京大學(xué)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(jī)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。