隨著人工智慧、大數據與高效能運算的快速成長，資料傳輸技術正面臨前所未有的挑戰。傳統電子訊號雖廣泛應用，但在速度、延遲與能耗上的限制，已逐漸難以滿足現代運算需求。矽光子技術因此成為全球科技領域關注的焦點之一。近期，中國復旦大學宣布成功研發一款以光為訊號傳輸介質的多工器晶片，展現出光基資料處理在速度與效率上的潛力，也引發外界對光子晶片應用前景的廣泛討論。這項新發展，或將為未來的晶片架構與資料中心帶來全新思維。
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光訊號取代電子訊號：傳輸方式的根本革新
隨著人工智慧與高效能運算技術迅速發展，傳統電子訊號的傳輸方式逐漸面臨速度與能耗上的限制。為了突破這些瓶頸，科學界正積極研究以光訊號取代電子訊號的新方法。矽光子技術正是在這個背景下快速崛起，其核心在於利用光來傳遞資料與指令，有望大幅提高運算效能並降低延遲。
中國復旦大學近日宣布研發出一款「矽光子整合高階模態多工器晶片」，能夠實現超高速光訊號處理，被視為朝向光子晶片實用化邁進的重要一步。該技術已投稿至國際期刊，展現其在學術與技術層面的潛力。
多工器技術：支撐高速資料流通的關鍵
這款新型晶片的核心是一種稱為多工器的元件。多工器能從多個資料來源中選擇訊號並以單一路徑傳出，是處理高速、大量資料流通的關鍵元件。復旦大學測試顯示，該矽光子多工器的傳輸速率高達 38 Tbps，理論上每秒可傳送約 4.75 兆組大型語言模型的參數，對於日益擴大的AI模型規模而言，具備實質應用價值。
這項進展有助於應對當前大型模型訓練所面臨的頻寬挑戰，特別是在資料中心與高效能伺服器中，晶片間的高速連接已成為系統效能的瓶頸之一。
光電整合：克服異質系統間的溝通障礙
儘管矽光子晶片的效能表現可觀，但實現其與既有電子元件系統的整合仍是關鍵技術挑戰。目前多數記憶體與邏輯系統仍倚賴 CMOS 電子架構，如何將光訊號與電子訊號無縫銜接，是推動光電融合的技術門檻。
此次復旦大學的技術重點之一，即在於該晶片能夠以低延遲方式整合光基傳輸與 CMOS 架構，使光子與電子元件能在同一平台上協同工作。這對於未來打造新一代高效能混合架構處理器具有前瞻意義。
模態多工設計：提升頻寬與傳輸效率
相較於傳統的單模通訊架構，該晶片採用高階模態多工技術，能同時傳輸多條獨立光路資料，大幅提高頻寬密度與通訊效率。這種設計不僅提升了晶片單位面積的資料處理能力，也有助於縮減系統所需的傳輸通道數量。
相關技術觀察指出，這項架構的突破，正是對當前人工智慧應用中對高速、低延遲資料交換需求的一種回應。在模型規模持續擴張的趨勢下，光子化資料通訊可能成為未來系統架構設計的主流方向。
(圖片來源:中國媒體)
商用潛力與落地挑戰並存
雖然目前晶片仍處於實驗階段，但部分觀點認為，相關技術有望在三到五年內達到應用層面的突破。特別是在大型模型訓練、平行運算與資料中心內部通訊等領域，光子晶片具備提升系統效能與降低能源消耗的潛力。
不過，從原型晶片邁向大規模量產仍需克服諸多技術與成本挑戰，包括光子元件的製程穩定性、與現有矽基製造線的相容性，以及整體封裝與熱管理技術的優化。研究人員強調，目前該晶片仍屬早期成果，後續仍須進一步驗證其穩定性與可擴展性。
全球視角下的光子技術競賽
近年來，全球多個國家積極投入光子技術的研究與發展，中國在其中的表現也日益受到關注。據統計，在「後摩爾時代」的晶片研究領域，中國的學術論文產出已居全球前列，尤其在光子相關領域的被引用次數與技術專利成長顯著。
這反映出中國正試圖透過技術創新，於新興架構領域尋求領先地位。部分觀察指出，在未來十年內，中國有可能在矽光子等前沿領域縮小甚至超越部分傳統技術強國的差距。
結語
復旦大學推出的矽光子多工器晶片無疑是全球光子技術發展中的一項重要成果。雖然目前仍處於實驗階段，但其所展現的技術潛力，足以引發對未來資訊傳輸模式轉變的更多想像。
光電整合的實現、系統架構的重構以及大規模部署的可行性，都是推動光子晶片實用化的關鍵環節。未來數年內，這項技術是否能從實驗室走入資料中心與運算平台，將成為矽光子產業化能否成功的觀察重點。
參考資料:
- 傳輸速度達 38Tbps！中國矽光子晶片問世，三年內有望迎重大突破？
- Chinese researchers invent silicon photonic multiplexer chip that uses light instead of electricity for communication — CCP says China’s early steps into light-based chips precede ‘major breakthroughs’ in three years
- Chinese researchers develop ultra-high-capacity chip, facilitating on-chip optical data transmission
(首圖來源:VCG)
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