電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道 近日，光本位科技宣布正在用玻璃代替硅作為襯底來(lái)研制玻璃光計(jì)算芯片。在光本位科技此次突破之前，世界主流光計(jì)算公司普遍選擇以硅為襯底制造光計(jì)算芯片。這是因?yàn)楣韫馄脚_(tái)與現(xiàn)有CMOS工藝之間幾乎無(wú)縫兼容，具有較高的工藝成熟度和集成便利性。然而，純硅調(diào)制存在諸多局限性，其中最為突出的是矩陣規(guī)模擴(kuò)展困難。從64×64擴(kuò)大至128×128的矩陣規(guī)模，竟然間隔了三年之久，這嚴(yán)重制約了光計(jì)算芯片性能的提升和應(yīng)用的拓展。

與此同時(shí)，AI計(jì)算領(lǐng)域?qū)λ懔湍苄П鹊囊笕找鎳?yán)苛。預(yù)計(jì)到2030年，AI推理將占AI計(jì)算總量的75%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2550億美元。但目前推理市場(chǎng)主要由ASIC芯片主導(dǎo)，GPU在能效比上并不具備優(yōu)勢(shì)，難以滿足未來(lái)AI計(jì)算大規(guī)模、高效率的需求。

在這樣的背景下，光本位科技毅然踏上用玻璃代替硅研發(fā)光計(jì)算芯片的創(chuàng)新之路，試圖打破傳統(tǒng)束縛，為AI計(jì)算開辟新的發(fā)展路徑。

算力超傳統(tǒng)AI推理芯片千倍

玻璃光計(jì)算芯片在算力方面實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。受限于光刻機(jī)的最大光罩尺寸，當(dāng)前硅光平臺(tái)可設(shè)計(jì)的光計(jì)算芯片最大尺寸為32mm×25mm，若進(jìn)一步提升面積，后續(xù)每一次迭代的設(shè)計(jì)和工藝難度都會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。而光本位科技采用玻璃作為襯底，通過(guò)納米壓印工藝，在保持芯片精度的同時(shí)突破了已有硅光平臺(tái)的曝光尺寸限制。

據(jù)公司聯(lián)合創(chuàng)始人程唐盛介紹，200mmx200mm的玻璃光計(jì)算芯片算力可達(dá)2600POPS，是ASIC芯片的1400倍，是GPU的1300倍，并且根據(jù)AI推理市場(chǎng)需求和工藝發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)，芯片尺寸仍有數(shù)倍擴(kuò)大空間，這意味著未來(lái)算力還將不斷提升。

在能效比方面，玻璃光計(jì)算芯片同樣表現(xiàn)驚人。光本位科技利用相變材料的非易失性，實(shí)現(xiàn)了光計(jì)算芯片零靜態(tài)功耗，只需一次電驅(qū)動(dòng)即可執(zhí)行完一個(gè)AI計(jì)算任務(wù)。由于玻璃的非線性光學(xué)效應(yīng)極弱，光的波導(dǎo)傳播損耗極低，在芯片設(shè)計(jì)時(shí)可選擇小功率的激光器。此外，玻璃在介電損耗、透光率、平整性、熱穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢(shì)，也能進(jìn)一步降低芯片功耗。

程唐盛預(yù)測(cè)，200mm×200mm玻璃光計(jì)算芯片的能效比可以超過(guò)1000TPOS/W，相當(dāng)于ASIC芯片的200倍以上，大大降低了能源消耗和散熱壓力。

玻璃光計(jì)算芯片還成功解決了AI大模型面臨的內(nèi)存困局。光本位科技利用相變材料的非易失性，實(shí)現(xiàn)了光芯片的存算一體，即芯片的計(jì)算單元即是存儲(chǔ)單元，可以存儲(chǔ)AI計(jì)算的各種參數(shù)，打破了馮·諾依曼體系中的內(nèi)存墻。

芯片存儲(chǔ)的參數(shù)量取決于計(jì)算單元的規(guī)模，200mm×200mm玻璃光計(jì)算芯片可以存儲(chǔ)6.5億個(gè)計(jì)算單元。每一個(gè)token將以光速完成計(jì)算，無(wú)需反復(fù)讀取模型參數(shù)，并且零靜態(tài)功耗，極大地提高了計(jì)算效率和數(shù)據(jù)處理能力。

研發(fā)進(jìn)展

目前，光本位科技在玻璃光計(jì)算芯片的研發(fā)上已取得了顯著進(jìn)展。公司已驗(yàn)證完畢光波導(dǎo)等光學(xué)器件在玻璃上的制備工藝，波導(dǎo)損耗已優(yōu)化至低于硅光平臺(tái)水平。同時(shí)，同步開展了大規(guī)模陣列樣品制備以及相變材料的工藝優(yōu)化，并且打通了上下游產(chǎn)業(yè)鏈。上游與納米壓印等廠商聯(lián)合優(yōu)化工藝，下游與大型企業(yè)形成研發(fā)應(yīng)用雙向反饋機(jī)制，為產(chǎn)品的持續(xù)優(yōu)化和快速迭代提供了有力保障。

光本位科技不僅著眼于芯片本身的研發(fā)，還提出了基于玻璃光計(jì)算打造下一代全光計(jì)算系統(tǒng)的宏偉目標(biāo)。即整個(gè)AI計(jì)算任務(wù)都通過(guò)光計(jì)算完成，算力、能效比、計(jì)算效率的天花板將同時(shí)被打破。

發(fā)展全光計(jì)算已經(jīng)成為全球?qū)W術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)，其核心意義是突破電計(jì)算的能耗與散熱瓶頸，使超高算力與超低能耗得以兼顧。而玻璃光計(jì)算芯片計(jì)算核心內(nèi)部的參數(shù)均可根據(jù)不同模型與需求進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，應(yīng)用場(chǎng)景更全面更靈活。此外，將具備表面平整、熱膨脹系數(shù)低、翹曲率低等特性的玻璃作為襯底，更容易將不同平臺(tái)的芯片集成在一起，從而實(shí)現(xiàn)全光計(jì)算。

小結(jié)

對(duì)于光計(jì)算的未來(lái)，程唐盛充滿信心。他認(rèn)為玻璃光計(jì)算芯片將改變當(dāng)今光計(jì)算產(chǎn)品的“電主光輔”架構(gòu)，形成“光電融合，以光為主”甚至“全光”的計(jì)算集群架構(gòu)。

光本位科技的“星辰大海”是為不同類型用戶提供全場(chǎng)景覆蓋的全棧光計(jì)算解決方案，小到給C端用戶提供50P+算力的玻璃光計(jì)算盒子，等同于一個(gè)家用小型數(shù)據(jù)中心，可以驅(qū)動(dòng)人形機(jī)器人等；也可以為大模型公司等提供500P+算力的“光算+光連”方案；甚至可以為政府或者大型企業(yè)通過(guò)“光算+光連+光傳”方案建設(shè)一個(gè)5000P+算力的大型數(shù)據(jù)中心。屆時(shí)，包括光本位科技在內(nèi)的中國(guó)企業(yè)有望贏得這場(chǎng)改寫全球AI計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)格局的“新能源汽車”式科技和產(chǎn)業(yè)革命。