在最新一期《自然·光子學》上，美國哥倫比亞大學工程學院研究人員展示了一種新型節能芯片，可通過連接節點的光纖電纜傳輸大量數據。該芯片不需要使用多個激光器來產生不同波長的光，而只需要一個激光器來產生數百個不同波長的光，這些光可同時傳輸獨立的數據流。 運行大型語言模型等人工智能程序的數據中心和高性能(neng)計算機(ji)，它們在節點之(zhi)間傳(chuan)輸的數據量是造成當前“帶寬瓶頸”的根源，其(qi)限制了(le)這些系統(tong)的性能(neng)和擴展(zhan)。
這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)系(xi)統中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)節(jie)點(dian)可(ke)相(xiang)(xiang)距一(yi)公(gong)里以上。由于(yu)金屬線在(zai)(zai)高(gao)速(su)傳輸(shu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)時會將(jiang)電(dian)信(xin)號以熱量的(de)(de)(de)(de)(de)形式耗散，因此這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)系(xi)統通過(guo)光(guang)(guang)(guang)纖電(dian)纜傳輸(shu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)。不(bu)(bu)幸(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)是，當(dang)信(xin)號從一(yi)個(ge)節(jie)點(dian)發(fa)送到(dao)(dao)另一(yi)個(ge)節(jie)點(dian)時，在(zai)(zai)將(jiang)電(dian)數(shu)(shu)據(ju)(ju)轉換(huan)為(wei)(wei)光(guang)(guang)(guang)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(然(ran)后(hou)再轉換(huan)回來)的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程中(zhong)浪費(fei)了(le)大量能(neng)量。 新研發(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)毫(hao)米級(ji)系(xi)統采用(yong)了(le)波分復用(yong)和克(ke)爾頻率(lv)梳設備(bei)，在(zai)(zai)輸(shu)入端接收單(dan)色(se)光(guang)(guang)(guang)，并在(zai)(zai)輸(shu)出端產(chan)生許多新顏色(se)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)。這(zhe)(zhe)些(xie)(xie)設備(bei)是光(guang)(guang)(guang)通信(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)理想(xiang)來源，對每種顏色(se)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)，人們可(ke)編碼獨立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)息通道(dao)，并通過(guo)單(dan)根(gen)光(guang)(guang)(guang)纖傳播它(ta)們。這(zhe)(zhe)一(yi)突破可(ke)讓系(xi)統在(zai)(zai)不(bu)(bu)消耗更(geng)多能(neng)源的(de)(de)(de)(de)(de)情(qing)況下傳輸(shu)更(geng)多的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)。 團隊設計(ji)了(le)一(yi)種新穎的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)子電(dian)路(lu)架構，允許每個(ge)通道(dao)單(dan)獨編碼數(shu)(shu)據(ju)(ju)，同(tong)時對相(xiang)(xiang)鄰(lin)通道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)干擾最小。在(zai)(zai)實驗(yan)中(zhong)，研究(jiu)人員成功地以每秒16吉(ji)字(zi)節(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)傳輸(shu)32種不(bu)(bu)同(tong)波長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)，單(dan)光(guang)(guang)(guang)纖總帶寬為(wei)(wei)512吉(ji)字(zi)節(jie)/秒，傳輸(shu)1萬(wan)億(yi)比特數(shu)(shu)據(ju)(ju)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)錯誤率(lv)不(bu)(bu)到(dao)(dao)1比特——達到(dao)(dao)令人難以置(zhi)信(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)水平(ping)的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)和效率(lv)。傳輸(shu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)硅芯片(pian)尺(chi)寸(cun)僅為(wei)(wei)4毫(hao)米×1毫(hao)米，而(er)接收光(guang)(guang)(guang)信(xin)號并將(jiang)其轉換(huan)為(wei)(wei)電(dian)信(xin)號的(de)(de)(de)(de)(de)芯片(pian)尺(chi)寸(cun)僅為(wei)(wei)3毫(hao)米×1毫(hao)米，兩者都比人類(lei)的(de)(de)(de)(de)(de)指甲還小。 該成果(guo)展示(shi)了(le)一(yi)條可(ke)行的(de)(de)(de)(de)(de)途(tu)徑，既可(ke)大幅降低系(xi)統能(neng)耗，又能(neng)將(jiang)計(ji)算能(neng)力(li)提高(gao)幾個(ge)數(shu)(shu)量級(ji)，從而(er)使(shi)人工(gong)智能(neng)應用(yong)程序以指數(shu)(shu)級(ji)速(su)度(du)持續(xu)增(zeng)長(chang)，并對環境影響最小。
