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引言

本文综合多家媒体报道，介绍了 IBM 在光学技术领域的最新成果——一种创新的聚合物光波导（PWG）技术。

IBM 发布新型聚合物光波导技术

IBM 宣布在光学技术方面取得重大进展，这项技术有望大幅提升数据中心内生成式 AI 模型的训练和运行效率。新开发的技术能够把光纤功能集成到芯片上，从而实现芯片间的光速级连接。

芯片间通信的障碍

IBM 半导体负责人穆克什卡雷提到，尽管电信行业在高速芯片制造方面不断进步，但芯片间通信的速度却未能跟上步伐。计算能力的增长速度远远快于芯片间通信的速度，两者之间出现了明显的差距。

传统通信与光纤技术

卡雷进一步说明：“现阶段，基础芯片大多依赖电通信，采用铜线作为载体。光纤作为最先进的通信方式之一，在长距离通信中得到了广泛应用。”

新型聚合物光波导技术

尽管共封装光学技术已有一定发展，IBM 仍推出了新的聚合物光波导（PWG）技术来优化这一领域。PWG 技术允许芯片制造商在硅光子芯片边缘增加超过六倍的光纤数量。这些光纤的宽度约为人类头发的三倍，长度从几厘米扩展到数百米，每秒可传输数兆兆位的数据。

技术带来的好处

IBM 强调，这项技术可以使芯片间通信的带宽提升到现有技术的 80 倍，并且能耗减少 5 倍以上。此外，它还能将大型语言模型（LLM）的训练速度提高五倍，使原本需要三个月的训练周期缩短至三周。借助更大的模型和更多的 GPU，性能还有望进一步增强。

重塑数据中心通信模式

除了加快 GPU 和加速器之间的通信外，这种技术还将彻底改变数据中心内高带宽数据传输的方式。卡雷称：“我们很兴奋能够利用光的力量推动生成式 AI 和其他应用的发展。”

技术商用化计划

对于技术商用化的进度，卡雷表示 IBM 的研发团队已经准备好投入实际应用。

电子芯片的限制与光子芯片的机会

近年来，电子芯片的发展遭遇了许多物理和经济上的难题，“摩尔定律失效”的说法日益流行。当制程缩小到 7 纳米以下时，电子芯片容易出现电涌和电子击穿现象，导致控制难度增加。相比之下，光子芯片提供了一个新的方向，既能解决功耗和存储的问题，又开启了众多全新场景的可能性。

国内外光子芯片的竞争态势

目前，光子芯片已成为国内外多家顶尖研究机构关注的重点。比如，清华大学的研究团队在 2023 年 4 月提出了一种分布式广度智能光计算架构，并成功研制出名为“太极”的光子芯片，其能效显著优于现有的智能芯片。这项技术在大规模智能分析和模型训练方面展现了巨大的潜力。

光子芯片的工作机制

电子芯片依靠电子晶体管和导电铜线工作，而光子芯片则是基于光子晶体管和导光波导运行。波导负责传导光信号，类似于光纤的功能。光子芯片包含激光器芯片和探测器芯片，前者通过半导体材料激发电流完成电光转换，后者则借助光电效应将光信号转为电信号。

实验室探索与未来展望

虽然纯光子芯片的研究还在实验阶段，但清华大学的“太极II”芯片已经展示了通过光学神经网络进行实时训练的能力，无需 GPU 即可实现高速数据处理。这为光子芯片的实际应用奠定了基础。

潜在的应用场景

光子芯片不仅能在计算领域发挥作用，还将在通信、雷达、生物医学以及环境监测等领域展现其独特价值。凭借超高的数据传输速率，结合光纤网络，光子芯片或将引领通信技术迈入新纪元。此外，光子技术出色的抗干扰特性使得光子雷达的研发成为可能，同时也有助于提升生物医学和环境监测中的数据分析效率。

商业化的难点

要让光子芯片广泛普及，还需克服技术和成本上的多重障碍。一旦这些问题得以解决，光子芯片的应用不仅意味着技术革新，更可能对人们的日常生活方式产生深远的影响。