巷口实验室的光子计算:算力革命正在敲门

上个月降温。我绕开拥堵的地铁站,钻进广州老巷买双皮奶。顺路拐去看阿凯。 他的实验室就在糖水铺隔壁,原来停摩托车的旧仓库,改了快两年。卷闸门拉到一半,漏出蓝紫色的光,像把银河剪了一块塞在里面。推开门,一股冷气裹着焊锡味扑出来。满桌都是透明的晶片,不是我想象中满是飞线烙铁的杂乱,反而像个微型的天文台。

仓库里长出的光子芯片

阿凯留着半长的头发,发缝宽得能放下一根手指,是典型的算力圈脱发特征。原来他在大厂做AI大模型训练,每天醒了第一件事就是看模型跑了多少,动不动等两三天才能出一轮结果,电费单看了都心疼。三年前他辞了职,跟着导师出来攒光子计算的民用原型,扎进这个老仓库就没怎么出来过。 他拿起一块巴掌大的电路板给我看,上面嵌着一块指甲盖大的透明晶片,周围绕着细细的光纤。这就是他们做的第一版原型。说实话,我看不出什么厉害的地方,不就是一块玻璃吗? 阿凯笑,拿激光笔往里面一照,屏幕上立刻跳出来一组蛋白质折叠的运算数据。他指着进度条给我看,同样的运算,我那台三万块的工作站要跑六个小时,这个小东西,十八分钟跑完。
实验室桌面光子计算芯片原型
实验室桌面光子计算芯片原型
所有人都在说,硅基芯片已经快摸到物理天花板了。台积电往3nm、2nm挤,越往上挤,成本翻着倍涨,性能提升却越来越有限。而AI大模型的算力需求,每三四个月就翻一倍,早就追不上了。 光速本身就是光子计算最大的武器。电子在硅晶圆里跑,要撞原子,要发热,还要互相干扰,挤得像早晚高峰的三环路。光子不一样,不同波长的光可以在同一条光路里走,互不干扰,天生就是并行计算的好材料,全程光速前进,发热还不到硅基芯片的十分之一。 我摸了摸那块凉冰冰的晶片,突然反应过来,原来我们找了这么久的算力出路,居然就是把路上跑的汽车,换成了一路畅行的光。

那些被算力卡住的普通人

你可能觉得,光子计算是科学家的事,跟我们没关系。真不是。 去年我帮朋友做AI动画,渲染一个两分钟的短片,跑了整整三天,我笔记本风扇呼啦啦转,吵得我睡不着觉。阿凯说,要是用他们的光子芯片,喝一杯咖啡的功夫就出结果。 之前有个做罕见病新药的团队找过来,想让他们帮忙筛潜在的药物分子。原来用传统超算跑,整个筛选流程要一年半,用他们的原型跑,十二天就出了初步结果。差了几十倍的时间,对等着药的病人来说,那就是生与死的差距。 还有台风路径预测、气候模型模拟、太空信号搜索……哪一样不需要烧算力?现在的超算中心,一个月电费就是几千万,真的烧不起。要是换成光子计算,成本能砍到原来的五分之一,速度还能翻好几倍。
光子计算驱动的云端数据中心内部
光子计算驱动的云端数据中心内部
不过话说回来,现在的光子计算,毛病也不少。阿凯他们现在最头疼的就是集成度,做不到硅基芯片那么小,很多复杂的运算还跑不了,原来整个硅芯片的生态,也不能直接搬过来用。上周他熬了三个通宵,就为了调整光路里一片微透镜的位置,偏了0.2微米,整个运算结果就错得离谱。他揉着眼睛跟我吐槽,当时真想把桌子掀了,最后还是买了一碗双皮奶哄自己继续调。 我问他,会不会觉得这条路走不通?他挠挠头,说那也得走啊,总不能等着硅基芯片卡死所有人吧?当年第一台晶体管计算机出来的时候,好几间房子那么大,谁能想到今天每个人口袋里都装着一台比它强亿万倍的手机?

当光变成我们手里的算力

当光变成我们手里的算力
当光变成我们手里的算力
那天傍晚我们关了实验室的门,搬了小凳子坐在糖水铺门口,一人一碗双皮奶,吹着巷口穿过来的风。阿凯拿着镊子,转着那块小小的光子晶片,夕阳斜过来,晶片把光分成了好几种颜色,落在我们脚边。 他说,其实不用多久,最多十年,我们用的云端算力,大部分都会换成光子计算。不是说光子会把硅基完全取代,手机里的小芯片还是硅基好用,但是那些藏在城市地下的超大算力机房,很快就能看到光子芯片的影子。 以后你用大模型生成一整部电影,不用等一晚上,点开就能看。你的基因测序做完,算出来的个性化癌症药,原来要几百万,现在几十万就能做出来。甚至我们找地外文明的信号,原来要跑好几年的数据分析,现在几天就能筛完一遍。 我看着那团落在地上的彩色光斑,突然有点恍惚。我们人类用了快一百年的电子算力,把文明推到了现在的位置,接下来,该轮到光上场了。 谁也说不准光子计算最后会走到哪一步。有人说它是骗融资的噱头,十年都落不了地,有人说它五年就能颠覆整个行业。其实哪有那么多百分百确定的事?所有改变世界的技术,一开始不都是藏在某个小仓库里,没人看好的小玩意儿吗? 说不定再过十年,你刷着短视频,跟大模型聊天,背后给你跑算力的,就是一块小小的光子晶片。你不会知道它的存在,但你能感觉到,比原来快多了,流畅多了。就像现在,我们享受着电子算力带来的一切,也不会天天想着晶体管到底是什么原理,对吧? 光已经等了我们几十亿年。现在,我们终于学会怎么用它来算题了。接下来的路,慢慢走就是了。

作者|大讲堂

排版|大讲堂

审核|小准

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