随着人工智慧、大数据与高效能运算的快速成长，资料传输技术正面临前所未有的挑战。传统电子讯号虽广泛应用，但在速度、延迟与能耗上的限制，已逐渐难以满足现代运算需求。矽光子技术因此成为全球科技领域关注的焦点之一。近期，中国复旦大学宣布成功研发一款以光为讯号传输介质的多工器晶片，展现出光基资料处理在速度与效率上的潜力，也引发外界对光子晶片应用前景的广泛讨论。这项新发展，或将为未来的晶片架构与资料中心带来全新思维。
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光訊號取代電子訊號：傳輸方式的根本革新
随着人工智慧与高效能运算技术迅速发展，传统电子讯号的传输方式逐渐面临速度与能耗上的限制。为了突破这些瓶颈，科学界正积极研究以光讯号取代电子讯号的新方法。矽光子技术正是在这个背景下快速崛起，其核心在于利用光来传递资料与指令，有望大幅提高运算效能并降低延迟。
中国复旦大学近日宣布研发出一款「矽光子整合高阶模态多工器晶片」，能够实现超高速光讯号处理，被视为朝向光子晶片实用化迈进的重要一步。该技术已投稿至国际期刊，展现其在学术与技术层面的潜力。
多工器技术：支撑高速资料流通的关键
这款新型晶片的核心是一种称为多工器的元件。多工器能从多个资料来源中选择讯号并以单一路径传出，是处理高速、大量资料流通的关键元件。复旦大学测试显示，该矽光子多工器的传输速率高达 38 Tbps，理论上每秒可传送约 4.75 兆组大型语言模型的参数，对于日益扩大的AI模型规模而言，具备实质应用价值。
这项进展有助于应对当前大型模型训练所面临的频宽挑战，特别是在资料中心与高效能伺服器中，晶片间的高速连接已成为系统效能的瓶颈之一。
光电整合：克服异质系统间的沟通障碍
尽管矽光子晶片的效能表现可观，但实现其与既有电子元件系统的整合仍是关键技术挑战。目前多数记忆体与逻辑系统仍倚赖 CMOS 电子架构，如何将光讯号与电子讯号无缝衔接，是推动光电融合的技术门槛。
此次复旦大学的技术重点之一，即在于该晶片能够以低延迟方式整合光基传输与 CMOS 架构，使光子与电子元件能在同一平台上协同工作。这对于未来打造新一代高效能混合架构处理器具有前瞻意义。
模态多工设计：提升频宽与传输效率
相较于传统的单模通讯架构，该晶片采用高阶模态多工技术，能同时传输多条独立光路资料，大幅提高频宽密度与通讯效率。这种设计不仅提升了晶片单位面积的资料处理能力，也有助于缩减系统所需的传输通道数量。
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。
(图片来源:中国媒体)
商用潜力与落地挑战并存
虽然目前晶片仍处于实验阶段，但部分观点认为，相关技术有望在三到五年内达到应用层面的突破。特别是在大型模型训练、平行运算与资料中心内部通讯等领域，光子晶片具备提升系统效能与降低能源消耗的潜力。
不过，从原型晶片迈向大规模量产仍需克服诸多技术与成本挑战，包括光子元件的制程稳定性、与现有矽基制造线的相容性，以及整体封装与热管理技术的优化。研究人员强调，目前该晶片仍属早期成果，后续仍须进一步验证其稳定性与可扩展性。
全球视角下的光子技术竞赛
近年来，全球多个国家积极投入光子技术的研究与发展，中国在其中的表现也日益受到关注。据统计，在「后摩尔时代」的晶片研究领域，中国的学术论文产出已居全球前列，尤其在光子相关领域的被引用次数与技术专利成长显著。
这反映出中国正试图透过技术创新，于新兴架构领域寻求领先地位。部分观察指出，在未来十年内，中国有可能在矽光子等前沿领域缩小甚至超越部分传统技术强国的差距。
结语
复旦大学推出的矽光子多工器晶片无疑是全球光子技术发展中的一项重要成果。虽然目前仍处于实验阶段，但其所展现的技术潜力，足以引发对未来资讯传输模式转变的更多想像。
光电整合的实现、系统架构的重构以及大规模部署的可行性，都是推动光子晶片实用化的关键环节。未来数年内，这项技术是否能从实验室走入资料中心与运算平台，将成为矽光子产业化能否成功的观察重点。
参考资料:
- 传输速度达 38Tbps！中国矽光子晶片问世，三年内有望迎重大突破？
- 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
(首图来源:VCG)
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