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科技日報北京7月4日電 (記者張夢然)在最新一期《自然·光子學》上,美國哥倫比亞大學工程學院研究人員展示了一種新型節(jié)能芯片,可通過連接節(jié)點的光纖電纜傳輸大量數(shù)據(jù)。該芯片不需要使用多個激光器來產(chǎn)生不同波長的光,而只需要一個激光器來產(chǎn)生數(shù)百個不同波長的光,這些光可同時傳輸獨立的數(shù)據(jù)流。
運行大型語言模型等人工智能程序的數(shù)據(jù)中心和高性能計算機,它們在節(jié)點之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是造成當前“帶寬瓶頸”的根源,其限制了這些系統(tǒng)的性能和擴展。
這些系統(tǒng)中的節(jié)點可相距一公里以上。由于金屬線在高速傳輸數(shù)據(jù)時會將電信號以熱量的形式耗散,因此這些系統(tǒng)通過光纖電纜傳輸數(shù)據(jù)。不幸的是,當信號從一個節(jié)點發(fā)送到另一個節(jié)點時,在將電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光數(shù)據(jù)(然后再轉(zhuǎn)換回來)的過程中浪費了大量能量。
新研發(fā)的毫米級系統(tǒng)采用了波分復用和克爾頻率梳設(shè)備,在輸入端接收單色光,并在輸出端產(chǎn)生許多新顏色的光。這些設(shè)備是光通信的理想來源,對每種顏色的光,人們可編碼獨立的信息通道,并通過單根光纖傳播它們。這一突破可讓系統(tǒng)在不消耗更多能源的情況下傳輸更多的數(shù)據(jù)。
團隊設(shè)計了一種新穎的光子電路架構(gòu),允許每個通道單獨編碼數(shù)據(jù),同時對相鄰通道的干擾最小。在實驗中,研究人員成功地以每秒16吉字節(jié)的速度傳輸32種不同波長的光,單光纖總帶寬為512吉字節(jié)/秒,傳輸1萬億比特數(shù)據(jù)中的錯誤率不到1比特——達到令人難以置信的高水平的速度和效率。傳輸數(shù)據(jù)的硅芯片尺寸僅為4毫米×1毫米,而接收光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號的芯片尺寸僅為3毫米×1毫米,兩者都比人類的指甲還小。
該成果展示了一條可行的途徑,既可大幅降低系統(tǒng)能耗,又能將計算能力提高幾個數(shù)量級,從而使人工智能應(yīng)用程序以指數(shù)級速度持續(xù)增長,并對環(huán)境影響最小。
(原標題:同時用多種顏色光傳輸數(shù)據(jù)新型光子芯片突破高性能計算“帶寬瓶頸”)
作者:張夢然來源:科技日報
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