当芯片风扇开始嘶吼:光子计算正在悄悄绕开算力的物理墙

上周去南京紫金山边上的实验室,刚进楼门就被一股裹着焊锡味的冷气扑脸——不是机房那种闷得人太阳穴跳的热,是冷。同行的工程师撇撇嘴说,这层楼的设备要是用传统硅片做,现在走廊温度得超30度,根本待不住。

你以为光子计算是”用光代替电”那么简单?

好多人听了个名词就想当然,觉得无非是把电路板上的铜线换成光纤,把电信号换成光信号,速度肯定快。 错啊。 你拿个手电筒照张纸,纸上的字一眼能看到,但你要是想让光帮你算个”1234乘以5678等于多少”,光自己不会算啊。为啥之前大家觉得硅基芯片快走到头了?你想想你电脑跑个3A大作,风扇转得像要起飞,核心温度飙到90多度,不是你散热不好,是电子在铜线里跑的时候,撞来撞去,能量全变成热了——就像早高峰的新街口,人挤人,谁都走不快,还一身汗。 光子不带电,在介质里跑的时候,几乎不跟别的粒子撞,摩擦生热那事儿跟它没关系。但问题是,光没有天生的”逻辑开关”啊,你不能像控制电子那样,给个高低电平就让它输出0或者1。
硅光芯片光子干涉计算原理演示图
硅光芯片光子干涉计算原理演示图
现在实验室里的解法,是靠不同波长的光在微米级的硅波导里干涉:两束光叠一起,波峰对波峰就出强信号,波峰对波谷就抵消成弱信号,这不就刚好对应0和1了?我当时盯着显微镜屏幕上那几束不同颜色的光在芯片上绕来绕去,鸡皮疙瘩都起来了——你平时在手机上刷的短视频,背后是几十亿个电子在铜线里挤得满头大汗,而这些光在芯片上跑,连个汗点都没有,算完题直接从另一端飞出去,连个停顿都不带的。

别被营销稿骗了,这东西现在根本替代不了你的电脑

说实话,我之前刷到过好多短视频,说什么”光子计算马上就要淘汰通用GPU,电脑再也不用装风扇了”,我当时就笑了。 真不是那么回事儿。 你现在拿个实验室里的光子计算原型机,连个微信都跑不起来。为啥? 光的”记性”太差了。电子在硅片上可以存在电容里,存个0存个1,存个几秒几毫秒都没问题,光呢?你要是不给它持续供能,它飞个几纳秒就没影了,根本存不住数。而且现在的光子芯片,做一次计算就得校准半天光路,你让它一会算个图像识别,一会排个文档格式,它根本反应不过来——就像你请了个奥林匹克短跑冠军来家里擦桌子,他跑百米能破纪录,但蹲下来擦个桌子腿,反而不如平时干活的阿姨顺手。
实验室光子计算原型机光路调试场景
实验室光子计算原型机光路调试场景
现在这东西最擅长的,是重复度极高、计算量极大、根本不需要临时存多少中间数的并行计算场景。比如大模型训练里占了7成算力的矩阵乘法,比如天文台接收到的几PB的射电信号降噪,比如自动驾驶车路上那几亿个像素点的实时识别。这些活儿,传统电子芯片要算几个小时,光子飞一遍,几毫秒就出结果了,关键是全程不发热,连厚重的散热片都不用装。当时实验室的学生给我演示,把芯片的算力拉到满功率,摸上去温温的,跟个刚充好电的暖宝宝似的,搁传统硅片这温度早触发过热保护自动关机了。

蹲了3天听到的冷消息:这东西离你我真的没那么远

之前大家都觉得光子计算是实验室里的冷门玩具,离商用至少得二三十年,结果从2023年开始,好几家做硅光技术的公司,已经把光子计算的模块塞进了数据中心的交换机里——不是啥全功能的光子计算机,就是拿它专门算数据中心里最耗算力的那部分流量调度,算完了把结果传给电子芯片处理,就这么个小改动,整个交换机的能耗直接砍了三分之二。 你想想,全国那么多数据中心,一年耗的电够整个南京市用大半年,要是把这些最费电的计算环节全换成光子的,省下来的电,别说给你家电脑省点电费了,够给多少老小区装电梯都不好说。 我当时问带我的工程师,说你们现在做这芯片,最大的难题是啥?他说不是原理,是”脾气”。你想啊,光在波导里跑,温度变个0.1度,介质的折射率就变了,光路就歪了,算出来的数就错了。之前他们做第一版原型机,夏天开空调的时候算得好好的,结果空调停了10分钟,室温涨了1度,整个计算结果全乱了,当时几个人对着屏幕挠了俩小时头,才反应过来是温度的事儿。现在他们给芯片贴了个微型的温度传感器,每毫秒校准一次光路的角度,才把这个问题压下去。 临走的时候我站在实验室走廊上,看着窗外紫金山的树被风吹得晃,旁边的机房里还是传来服务器风扇的嗡嗡声。其实哪有什么颠覆性的技术突然砸到你脸上啊,都是一群人在实验室里,对着几束光调半天,解决一个又一个听起来特别琐碎的小问题——一会怕光歪了,一会怕存不住数,一会怕温度变了算错。等哪天你发现你刷短视频、开AI助手的时候,背后的算力已经有一半是光帮你算的,你甚至都不会意识到,当年那几束在实验室显微镜下绕来绕去的光,已经悄悄把之前卡了硅基芯片几十年的那道发热墙,给绕开了。

作者|科技

排版|科技

审核|柚子

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