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导读

本文由半导体产业纵横综合报道。IBM 开发了一种创新的聚合物光波导（PWG）技术，为共封装光学技术带来了革命性的变化。

IBM 推出新型聚合物光波导技术

IBM 宣布在光学技术领域取得了重要突破，这一技术能够显著提升数据中心内生成式 AI 模型的训练和运行效率。这项新技术将光纤的功能集成到芯片上，实现了光速级别的数据中心内部连接。

芯片通信的瓶颈

IBM 半导体总经理穆克什卡雷指出，虽然电信行业在制造高速芯片方面取得了显著进步，但芯片间的通信速度并未同步提升。计算能力的增长速度远超过芯片间通信的速度，两者之间存在显著差距。

传统通信与光纤技术

卡雷解释说：“目前，基础芯片主要依靠电通信，使用的是铜线。众所周知，光纤是最先进的通信手段之一，因此在长距离通信中广泛使用。”

新聚合物光波导技术

尽管共封装光学技术已存在一段时间，IBM 还是开发了新的聚合物光波导（PWG）技术来改进这一领域。PWG 技术使得芯片制造商可以在硅光子芯片边缘增加六倍以上的光纤。每根光纤的宽度大约为人类头发的三倍，长度可以从几厘米延伸到数百米，每秒传输数兆兆位的数据。

技术带来的优势

IBM 表示，这项技术可以将芯片间通信的带宽提高至现有技术的 80 倍，并将能耗降低 5 倍以上。此外，它还可以将大型语言模型（LLM）的训练速度提高五倍，将原本需要三个月的训练时间缩短至三周。通过使用更大规模的模型和更多的 GPU，性能将进一步提升。

重新定义数据中心通信

除了加速 GPU 和加速器之间的通信外，这项技术还将重新定义数据中心内高带宽数据传输的方式。卡雷表示：“我们很高兴能利用光的力量来推动生成式 AI 和其他应用的发展。”

商业化进程

当被问及技术的商业化进程时，卡雷表示 IBM 的研发部门已经做好了应用准备。

电子芯片的局限与光子芯片的潜力

近年来，电子芯片的发展面临诸多物理和经济挑战，“摩尔定律失效”的说法逐渐增多。随着制程缩小至 7 纳米以下，电子芯片容易出现电涌和电子击穿问题，导致控制难度加大。相比之下，光子芯片提供了新的解决方案，不仅能克服功耗和存储瓶颈，还能开启许多前所未有的应用场景。

国内外光子芯片竞争

目前，光子芯片已经成为国内外多个顶尖科研机构的竞争焦点。例如，清华大学的研究团队在 2023 年 4 月提出了分布式广度智能光计算架构，并开发了一款名为“太极”的光子芯片，其能量效率远超当前的智能芯片。该技术在大规模智能分析和模型训练领域展现出巨大潜力。

光子芯片的工作原理

电子芯片依赖于电子晶体管和导电铜线，而光子芯片则基于光子晶体管和导光波导。波导负责传递光信号，类似于光纤的作用。光子芯片包括激光器芯片和探测器芯片，前者通过半导体材料激发电流实现电光转换，后者则通过光电效应将光信号转换成电信号。

实验室进展与未来展望

尽管纯光子芯片的研究尚处于实验阶段，清华大学的“太极II”芯片已经展示了通过光学神经网络进行在线训练的能力，无需 GPU 即可实现高速数据处理。这为光子芯片的实际应用提供了希望。

应用前景

光子芯片不仅在计算领域有广泛应用，还将在通信、雷达、生物医学和环境监测等多个领域展示其价值。由于其超高速的数据传输能力，结合光纤网络，光子芯片有望推动通信技术进入一个全新的时代。此外，光子技术的抗干扰性能使得光子雷达的开发成为可能，同时在生物医学和环境监测等领域也能实现更高效的数据处理和分析。

商业化挑战

要实现光子芯片的广泛应用，还需要克服技术和成本上的多重挑战。一旦这些问题得到解决，光子芯片的应用将不仅代表技术的进步，还可能深刻影响我们的日常生活。