新型光子芯片以多种颜色光传输数据,突破高性能计算“带宽瓶颈”

 人参与 | 时间:2024-03-28 17:26:56

科技日报记者 张梦然。带宽瓶颈

哥伦比亚大学工程学院的新型研究人员在最新一期的《自然光子学》中展示了一种新型的节能芯片,可以通过连接节点的光芯高性光纤电缆传输大量数据。芯片不需要使用多个激光器来产生不同波长的片多光,而只需要一个激光器来产生数百个不同波长的种颜光,它可以同时传输独立的色光数据算数据流。


光子集成链路由克尔频率梳驱动。传输
图片来源:光波研究实验室/哥伦比亚大学工程学院。突破

运行大型语言模型等人工智能程序的带宽瓶颈数据中心和高性能计算机,节点之间传输的新型数据量是当前“带宽瓶颈”的根源,限制了这些系统的光芯高性性能和扩展。

这些系统中的片多节点可以相距一公里以上。这些系统通过光纤电缆传输数据,种颜因为金属线在高速传输数据时会以热量的色光数据算形式消耗电信号。不幸的传输是,当信号从一个节点发送到另一个节点时,在将电数据转换为光数据(然后转换回来)的过程中浪费了大量的能量。

新开发的毫米系统采用波分复用和克尔频率梳设备,在输入端接收单色光,并在输出端产生许多新色光。这些设备是光通信的理想来源。对于每种颜色的光,人们可以编码独立的信息通道,并通过单个光纤传播。这一突破允许系统在不消耗更多能量的情况下传输更多数据。

该团队设计了一种新型的光子电路架构,允许每个通道单独编码数据,并尽量减少对相邻通道的干扰。在实验中,研究人员以每秒16吉字节的速度成功传输32种不同波长的光,单光纤总带宽为512吉字节/秒,传输1万亿比特数据中的错误率小于1-达到不可思议的高速度和效率。传输数据的硅芯片尺寸仅为4mm×1mm,接收光信号并将其转换为电信号的芯片尺寸仅为3mm×两者都比人类指甲小1毫米。

该结果显示了一种可行的方法,可以大大降低系统能耗,提高计算能力,使人工智能应用程序以指数级速度继续增长,对环境影响最小。

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