逛了一趟南京实验室才懂:光子计算不是用来取代电子计算机的

9月23号在南京,蹭了朋友的通行证进紫金山边的实验室,转了半天,最让我挪不开脚的,就是摆在角落那台占了半张试验台的光子计算测试机。玻璃罩子下面,一排细细的光纤连在指甲盖大小的芯片上,屏幕上跳着实时的运算速度数据,比旁边同任务的电子显卡快了近三倍,功耗却只有四分之一。

大多数人对它的初始认知,从根上就错了

刷自媒体你肯定见过这种说法:硅基走到头了,光子计算接棒,马上就要颠覆整个计算机行业。真不是。 我跟那边的工程师聊了一下午,人家说,从一开始,现在搞的这批光子计算,就不是冲着做通用电子计算机的替代品去的。我们现在用的手机电脑,都是通用计算,什么活都能接,从写文档到刷视频,切换自如。光子计算现在搞的,都是特定场景专用加速,说白了,就是给现在的电子芯片当“苦力”,专门扛那些电子算起来又慢又费电的活。 为什么电子越来越干不动了?现在大模型火了,动辄千亿参数,每次推理都要做海量的矩阵乘法,传统电子计算绕不开那个内存墙——就是算的速度快,但是数据要从内存搬到计算单元,算完再搬回去,来回折腾,一半的时间功耗都耗在路上了。 光子不一样,光并行计算天生就适合干这种大规模并行的活。不同波长的光走同一条光路,互不干扰,相当于同时开了上万个车道,根本不会堵车。而且运算直接在传输过程中就完成了,不用来回搬数据。
光子计算芯片光通路布线示意图
光子计算芯片光通路布线示意图

说点普通人能听懂的,它到底快在哪

你不用懂什么麦克斯韦方程,也不用背干涉衍射的定义,我给你举个接地气的例子。 现在要算1000个数乘以1000个数的矩阵,对电子计算来说,就是得把这一百万个数字一个个拿出来,乘完加完,再把结果一个个存回去,就像你一个人要整理一万份快递,得一个个扫条码一个个搬,累半天才能干完。 光子计算怎么算?把每个数字转换成光的亮度,不同行不同列的光,直接打在一块特殊的芯片上,利用光的干涉叠加,一次就出结果。相当于一千个人同时搬,一分钟就干完了,而且走的时候直接把货放到货架上,不用你再搬一趟。 就这么简单。 很多人说那为什么不早用?你想啊,光哪那么好控制。要把这么多不同波长的光,精准放到对应的位置,误差不能超过头发丝的千分之一,稍微碰一下桌子,光路歪了,结果就错了。上次我亲眼见那个工程师,换了个光源,蹲那调了两个小时,眼睛都红了。太磨人了。 说实话,这么多年光子计算一直不温不火,不是方向错了,是以前没这个爆发性需求,也没足够先进的微加工技术把光路做小。现在不一样了,大模型把需求给拱出来了,微加工工艺也上去了,才能做出能用的芯片。 不过话说回来,现在能做到的,也就只能干这种对误差不那么敏感的活。比如AI推理,本来结果就是概率性的,差个百分之一根本看不出来。让它算航天发射那种要求零误差的高精度计算,现在还不行。
光子计算AI大模型加速服务器场景图
光子计算AI大模型加速服务器场景图

那些炒概念的,不会告诉你这些实打实的坑

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那些炒概念的,不会告诉你这些实打实的坑
现在资本市场只要沾光子计算,股价就能蹦一下,一堆人吹什么“下一代计算革命”,“硅基墓志铭已经写好”,听着就离谱。我给你说几个现在卡脖子的问题,你就知道距离大规模通用普及还有多远。 第一个,集成度上不去。现在电子芯片已经做到几纳米了,几十亿个晶体管塞在指甲盖里。光子芯片要集成光调制器、探测器、波导,现在最好的也就几万个光学器件,差了好几个数量级。要把光路缩小,难度比电子晶体管缩小难多了,光的波长就那么长,你做的波导比波长还小,它就不走预定路线了,全漏了。 第二个,成本下不来。现在一块测试用的光子计算芯片,成本是同性能电子芯片的十几倍,部分环节还得手工调光路,根本没法像硅基芯片那样大规模量产降本。 第三个,没法脱离电子系统。现在所有能用的光子计算方案,都是“电子+光子”混合架构,光子负责算最累的矩阵乘法,存储、控制、输入输出还是电子来干,本质上就是个高端加速卡,不是什么全新形态的计算机。 那是不是说光子计算就是骗钱的?当然不是。它现在的价值,本来就不是颠覆,是补短板。 现在大模型跑推理,一台服务器一个月几千块电费,要是换成光子加速卡,电费能省一半,速度还能提两三倍,对云厂商来说,这就是实打实的利润。对AI公司来说,能做大模型的落地成本降下来,就能让更多中小公司用得起,这就是很大的进步了。 那天从实验室出来,已经是傍晚了,北京西路的桂花刚好开,风一吹,香得整个人都软了。我就在想,很多人对科技的期待就是一鸣惊人,今天发明明天就用上,马上改变世界。其实哪有那么多一蹴而就的事。 光子计算从概念提出来到现在,快七十年了,磨了这么久,才刚好赶上AI的风口,能出一点点力。未来会不会真的做出来通用光子计算机?说不定。但那不是明天的事,是下一代工程师要慢慢磨的活。 我们不用吹得太神,也不用贬得一文不值,就看着它一步步走就好。对吧。

作者|科技

排版|科技

审核|小准

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