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(xu)的(de)(de)數據(ju)中心和高性能(neng)計算機，它們在(zai)節點(dian)之間傳(chuan)輸(shu)的(de)(de)數據(ju)量(liang)是造成(cheng)當前“帶寬瓶頸”的(de)(de)根(gen)源(yuan)，其(qi)限(xian)制了這些系統的(de)(de)性能(neng)和擴展(zhan)。
這(zhe)(zhe)些系(xi)統(tong)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)節(jie)(jie)點(dian)可(ke)相距一公(gong)里以上。由于金屬(shu)線(xian)在(zai)高速傳(chuan)輸(shu)(shu)數(shu)據(ju)時會(hui)將(jiang)(jiang)電(dian)(dian)(dian)信(xin)(xin)號(hao)以熱量(liang)(liang)的(de)(de)(de)形(xing)式耗散(san)，因此這(zhe)(zhe)些系(xi)統(tong)通(tong)(tong)過(guo)光(guang)(guang)纖電(dian)(dian)(dian)纜傳(chuan)輸(shu)(shu)數(shu)據(ju)。不(bu)幸的(de)(de)(de)是(shi)，當(dang)信(xin)(xin)號(hao)從(cong)一個節(jie)(jie)點(dian)發送到(dao)(dao)另一個節(jie)(jie)點(dian)時，在(zai)將(jiang)(jiang)電(dian)(dian)(dian)數(shu)據(ju)轉(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)光(guang)(guang)數(shu)據(ju)(然后再轉(zhuan)換(huan)回來)的(de)(de)(de)過(guo)程中(zhong)(zhong)浪費了大量(liang)(liang)能量(liang)(liang)。 新(xin)研(yan)發的(de)(de)(de)毫(hao)米(mi)級(ji)系(xi)統(tong)采(cai)用(yong)了波分復(fu)用(yong)和克(ke)爾(er)頻率(lv)梳設(she)備(bei)，在(zai)輸(shu)(shu)入端接收(shou)(shou)單色(se)光(guang)(guang)，并在(zai)輸(shu)(shu)出端產(chan)生許多新(xin)顏色(se)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)。這(zhe)(zhe)些設(she)備(bei)是(shi)光(guang)(guang)通(tong)(tong)信(xin)(xin)的(de)(de)(de)理想來源，對每種(zhong)顏色(se)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)，人(ren)(ren)們可(ke)編碼獨立的(de)(de)(de)信(xin)(xin)息通(tong)(tong)道(dao)，并通(tong)(tong)過(guo)單根(gen)光(guang)(guang)纖傳(chuan)播它們。這(zhe)(zhe)一突(tu)破(po)可(ke)讓系(xi)統(tong)在(zai)不(bu)消耗更多能源的(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)下(xia)傳(chuan)輸(shu)(shu)更多的(de)(de)(de)數(shu)據(ju)。 團(tuan)隊(dui)設(she)計了一種(zhong)新(xin)穎(ying)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)子(zi)電(dian)(dian)(dian)路架(jia)構，允許每個通(tong)(tong)道(dao)單獨編碼數(shu)據(ju)，同時對相鄰(lin)通(tong)(tong)道(dao)的(de)(de)(de)干擾最小。在(zai)實驗中(zhong)(zhong)，研(yan)究(jiu)人(ren)(ren)員成(cheng)功(gong)地以每秒16吉(ji)字節(jie)(jie)的(de)(de)(de)速度(du)傳(chuan)輸(shu)(shu)32種(zhong)不(bu)同波長的(de)(de)(de)光(guang)(guang)，單光(guang)(guang)纖總帶寬為(wei)(wei)512吉(ji)字節(jie)(jie)/秒，傳(chuan)輸(shu)(shu)1萬億比(bi)特數(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)錯誤率(lv)不(bu)到(dao)(dao)1比(bi)特——達到(dao)(dao)令人(ren)(ren)難以置(zhi)信(xin)(xin)的(de)(de)(de)高水平的(de)(de)(de)速度(du)和效率(lv)。傳(chuan)輸(shu)(shu)數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)硅芯片(pian)尺寸僅為(wei)(wei)4毫(hao)米(mi)×1毫(hao)米(mi)，而接收(shou)(shou)光(guang)(guang)信(xin)(xin)號(hao)并將(jiang)(jiang)其轉(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)電(dian)(dian)(dian)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)芯片(pian)尺寸僅為(wei)(wei)3毫(hao)米(mi)×1毫(hao)米(mi)，兩(liang)者都比(bi)人(ren)(ren)類(lei)的(de)(de)(de)指(zhi)甲還小。 該成(cheng)果展示了一條可(ke)行的(de)(de)(de)途徑，既可(ke)大幅降低系(xi)統(tong)能耗，又能將(jiang)(jiang)計算能力提高幾個數(shu)量(liang)(liang)級(ji)，從(cong)而使人(ren)(ren)工智能應(ying)用(yong)程序以指(zhi)數(shu)級(ji)速度(du)持(chi)續(xu)增長，并對環境影響(xiang)最小。
