光子芯片为什么效率更高、能耗更低？光子芯片将为AI带来突破式发展！

光子芯片是一种用光进行运算的芯片，耗电量只有同等级电子芯片的六分之一，在人工智能、自动驾驶汽车、量子计算等领域具有广阔的应用前景。

在芯片设计方面，用光子代替电子这一设想由来已久。二十世纪六七十年代，研究者就已经开始研发光子芯片了。当时部分专家预计光子芯片会像传统集成芯片一样迅速微型化。到1990 年，美国贝尔实验室就制作出了光子计算机的原型机，能够使用光进行计算。但是光子芯片发展步伐一直滞后于电子芯片。其中一个原因就是，虽然工程师能将电子元件缩小，让一个芯片集成数十亿元件，但他们却难以将光子元件也缩小到如此地步。

波士顿Lightmatter 公司所开发的Envise 光子芯片

与电子芯片相比，光子芯片在能耗、效率等方面具有优越性。使用光子而非电子的光基集成电路在降能耗上表现更为出色，这主要归功于光的性质。当电子通过晶体管和其他传统集成电路元件时，会遇到阻力并产生热量。随着设计者不断将各种元件添加到芯片上，芯片产生的热量自然会升高。电子这一特性甚至成为了微型芯片性能提升的障碍，同时也是计算机能耗如此之高的主要原因。相较之下，光子芯片不存在电阻问题，因为由镭射产生的光子能快速通过波导、调制器、反射器等元件阵列。因此，光子芯片产生热量更少，能耗也更低、计算速度也更高。

光子芯片将为AI 带来突破式发展。在光基设备中数据以光速移动，比普通电路中电子移动速度快10 倍，光子芯片计算速度比电子芯片高。光子芯片还可以轻松运算矩阵向量乘法，同时支持深度学习。而且，光子芯片能够胜任传统集成电路无法胜任的线性代数计算。

不过，光子芯片也有局限性。一方面，研发光基内存极为困难，只能采用传统电子芯片进行数据存储；另一方面，光子芯片是模拟计算，计算精度可能比不上电子芯片。

参考文献：Mitch Leslie.Light-Based Chips Promise to Slash Energy Use and Increase Speed[J].Engineering,2021,7(9):1195-1196.