把光塞进芯片:光子计算到底是算力解药,还是实验室的浪漫幻觉?

上周在南京软件大道边的咖啡馆,碰到个做AI Infra的老同事,攥着冰美式骂了快半小时。

手里的A100跑大模型微调,半小时温度飙到90度,机房上月的电费单刚出来,比前一个月多了小两万。他说现在的算力瓶颈,根本不是算法不够聪明,是电子跑在硅片里,太挤了。

我当时顺嘴提了句光子计算。他翻了个白眼,说那不是科幻片里才有的东西?

不是科幻噱头:光子计算已经在跑真实任务了


9月23号那天我跟着东南大学微电子系的朋友进了他们的光芯片实验室,才发现他真的想错了。

一进门就被实验台中间的巴掌大透明硅片晃了眼——不是什么裹着金属外壳的传统芯片,硅片侧面接了好几根细得像头发丝的光纤,红的绿的激光在里面转,旁边的显示器上正跑着一个图像识别模型,准确率跟同参数的电子芯片比,差不到2%。

朋友指着硅片上的纹路说,这东西跑一次大规模矩阵乘法的能耗,是同算力电子芯片的1/100不到。

我当时愣了。

以为他吹牛逼。

后来翻了他们发在《自然·光子学》上的公开论文,才知道这个数据是真的。

东南大学实验室光子计算芯片实物图
东南大学实验室光子计算芯片实物图


以前我们用的所有芯片,不管是手机里的Soc还是机房里的GPU,本质上都是一群电子在硅片的纳米沟道里挤来挤去。电子带电,跑的时候互相撞,既会发热拖慢速度,还要额外加屏蔽层防干扰。

光子不一样。

不带电。就算在同一条通道里叠个好几束,也不会撞得发烫。

就这么简单?

当然不是。你要把光精准地塞进比头发丝细几十倍的硅片沟道里,还要让它按指定方向转、按指定强度变,甚至要让它在纳米级的位置“拐个弯”完成计算,这里面的难度,根本不是普通人想的“拿手电筒照硅片”那么简单。

别被“取代GPU”的营销骗了:它现在就是个偏科生


刷到过太多营销号说光子计算要把英伟达干翻,上次在一个行业沙龙上,我直接把这话抛给了一个做光芯片的创业者。

他当场笑出了声,说现在的光子芯片,连最基础的逻辑非门都做不到性价比——不是做不出来,是做出来之后的能耗和成本,比电子芯片高几十倍,根本划不来。

说白了,光子计算现在就是个极度偏科的选手。

它偏的那门,刚好是现在AI最缺的:大规模并行矩阵运算。不管是大模型的推理还是训练里的矩阵乘法,光跑起来又快又省电,但你要让它算个基础的加减乘除逻辑判断,它反而不如电子芯片快。

现在所有在跑的光子计算原型机,本质上都是给AI的矩阵运算做专用加速,根本不可能替代通用CPU或者GPU。

光子计算与电子计算任务适配场景对比图
光子计算与电子计算任务适配场景对比图


不过话说回来,现在AI的算力瓶颈,本来就卡在矩阵运算上。要是能把这部分的能耗降下来,机房的电费能砍大半,也不用再堆那么多散热服务器了。

上次跟那个骂电费的老同事聊,他说要是真有这种专用加速卡,他哪怕多花点钱也愿意买——毕竟电费省下来的钱,够付好几倍的硬件成本。

蹲了三次实验室才搞懂的冷常识:光也会“堵车”

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蹲了三次实验室才搞懂的冷常识:光也会“堵车”

我之前一直以为,光子跑的快,就不会有拥堵问题。结果第三次去实验室的时候,朋友给我看了个仿真图,我才发现自己想的太天真了。

要是你把好几束光同时塞进同一条波导里,波长没调好的话,就会互相干扰,跟早高峰的软件大道一模一样,堵得死死的,别说算东西了,连光都跑不出去。

现在行业里在推的波分复用技术,本质上就是给每束光修不同的“车道”——用不同的波长区分通道,就算在同一条物理波导里叠个几十上百束光,也不会互相干扰。

我当时盯着那个仿真图看了半天,突然觉得有点好笑。人类给汽车修高速路的思路,跟给光修高速路的思路,居然一模一样。

上周跟老同事在咖啡馆吃完饭,沿着软件大道走回去,路边的LED屏亮着,光跑在空气里,再想想实验室里那片硅片上转来转去的激光。

突然觉得,我们折腾了几十年的电子芯片,好像真的只是算力路上的一个小站点?

也不对。

现在的光子计算离普通人的生活还远得很。光调制器还是要用电,封装良率低导致成本下不来,连配套的软件生态都还没影。就像二十年前的GPU,谁能想到现在会用来跑大模型呢?

风一吹,路边的梧桐树掉了片叶子下来。我突然想,说不定再过个十年,我们回头看现在的电子芯片,也会像现在看早年的电子管一样,觉得笨重又费电。

作者|科技

排版|科技

审核|满满

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