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清華大學研制出太極光子晶片,速度或将提升1000倍,意味着什麼?

作者:科技銘程

清華大學立功了,成功的研制出了“太極”光子晶片,在計算速度上是矽晶片的1000倍,這對中國晶片來說絕對是重大突破。

清華大學研制出太極光子晶片,速度或将提升1000倍,意味着什麼?

晶片又稱內建電路、微電路,我們日常說的晶片基本都是矽基晶片,它把電路所需的半導體、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起,制作在矽基媒體的半導體晶片上,然後再進行封裝。

這種晶片擁有數以億計,甚至幾十億、幾百億個半導體,這些半導體用來幹什麼?通電後,可以對電流進行開斷、放大、穩壓、整流。

随着摩爾定律的發展,晶片已經疊代至了3nm,随着AI的發展,很快3nm晶片也不夠用了。

更為尴尬的是我在尖端晶片領域并不具備優勢,基礎材料矽砂被美國壟斷,根據相關資料,美國對于高純石英砂的壟斷達到了全球市場佔有率的90%以上。

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最先進的EUV光刻機被荷蘭ASML壟斷,國産光刻機實作量産的僅為90nm精度,EUV光刻膠、掩膜闆也都基本都被日本壟斷。

也就是說美、日、荷把控了矽基晶片的命脈,我們非常被動,也很難在高端晶片上進行突破。

此外,矽基晶片通過電子移動來執行相關操作,電子移動是要消耗電能的,而且還會産生熱量。

就拿ChatGPT來說,一天就能造掉超過50萬度的電,如果繼續更新疊代,繼續普及的話,那麼消耗的電能将是非常龐大。

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英偉達CEO黃仁勳稱,“AI走到最後還得靠光伏和儲能扛大旗!光琢磨着怎麼提高運算能力不行,照這麼搞下去,光計算機就得耗掉14個地球的能量。

OpenAI的老總奧特曼,也計劃籌資7萬億美元研發以擴大全球AI晶片的生産。

這一系列的難題,對于國産晶片來說更難,需要的資金更加龐大。按照這條路走下去,先不要說能不能在技術上領先,就是資金都砸不起,消耗的能量更是會讓全球溫度上升。

是以,未來的發展必須要走其他路徑,而這次清華大學就立功了,研制的“太極”光子晶片,成功的解決了這些難題。

清華大學研制出太極光子晶片,速度或将提升1000倍,意味着什麼?

相比矽基電子晶片,光子晶片具有很大的優勢:

速度更快、帶寬更大

光子晶片利用光信号傳輸、處理和轉換資料,它的速度接近光速,同時具備極大的帶寬,可以傳輸海量資料,簡直是為AI量身定做的。

能耗更低

光子在資料傳輸時,基本上沒有熱損失,在能效方面比電子晶片具有明顯的優勢。

因為産生的熱量非常小,可以進行密集封裝,使用時也不需要大量的散熱裝置。

低延遲

光子晶片傳輸速度極快,在進行龐大、複雜的計算時,幾乎不會出現延遲的問題。

并行處理

光子晶片可以在同一光纖中傳輸多個頻率的光信号,允許同時并行處理多個資料流,為AI應用中的大規模計算提供了可能。

同時光子晶片還可以減少對光刻過程的依賴,它不需要太先進的光刻機即可制造成功。

清華大學戴瓊海和方璐上司的團隊,研發出的光電晶片可以說具有劃時代的意義。

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戴瓊海教授,現任中國工程院院士,清華大學資訊科學技術學院院長,在立體視覺、三維重建、計算儀器方面做了大量的基礎性研究工作,試圖揭示神經系和腦科學規律,為建立新一代人工智能提供支撐。

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方璐現任清華大學電子工程副教授、博士生導師,主要從事光場智能成像理論與技術研究,提出了非結構光場感覺新原理,研制了掃描光場元成像傳感器,攻克了空間-視角固有沖突,實作十億像素級動态光場成像。

他們帶領的團隊放棄了電子晶片計算方式,轉而研發光計算架構,成功研制出了幹涉-衍射異構內建晶片太極(Taichi),實作了160TOPS/W的通用智能計算。

H100算力為2000TFLOPS,功耗達到了700W,相當于2.85TFLOPS/W。

在能耗比方面太極是H100的56倍。

清華大學研制出太極光子晶片,速度或将提升1000倍,意味着什麼?

要知道H100是英偉達疊代了20多年的産品,如果太極光晶片疊代20多年,會是什麼效果呢?

2023年11月,該團隊在《自然》雜志上發表的光電融合計算架構的論文顯示:其研發的首個全模拟光電智能晶片,運算速度為4.6千萬億次/秒,是英偉達A100的15倍。

能耗更是超過高性能晶片400萬倍,也就是說高性能電子晶片運作一個小時的電量,可以支援光電晶片運作500年以上。

在傳統晶片領域,我們一直被“卡脖子”,一直被打壓限制,但是在光晶片領域我們做到了世界領先。

清華大學研制出太極光子晶片,速度或将提升1000倍,意味着什麼?

這讓我想起了我們的汽車産業,在傳統的燃油車領域,我們與國外巨頭差距很大,豐田、大衆、福特、通用、起亞等海外品牌都比我們賣的好。

國産車企與海外品牌合作,誕生了上海大衆、一汽豐田、華晨寶馬、長安福特等等,雖然銷量提上來了,但是我們并沒有獲得核心技術,而且利潤也被海外車企拿走。

随着新能源汽車的誕生,我們卯足了勁的發展,最終掌握了“三電”、智能駕駛等核心技術,完善了相關産業鍊,培養了大量的技術勞工,最終成為新能源汽車領域的領頭羊。

新能源汽車領域的特斯拉,也開始裁員了,馬斯克甚至說未來全球前十大電動車企中,有九家會是中國企業。

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如今,我們在晶片領域也開辟出一條新戰線,并且處于領先地位,如果我們努力搞研發,同時積極配套産業鍊,培養技術人才,那麼未來我們在晶片領域也會打一場翻身仗。

利用光晶片的高性能、高帶寬、低功耗,研發我們自己的AI晶片,再通過AI技術反哺晶片研發,乃至各行各業,到時候中國科技将會在世界舞台上翩翩起舞。

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