一款新型AI芯片，可读取光纤内光数据

光纤电缆存在瓶颈问题。尽管它们能够以光速传输编码数据，但将编码数据转换成可理解的信息通常需要速度较慢、能耗更高的设备。然而，基于被动神经网络领域的先前创新，中国上海理工大学 (USST) 的一个团队正在开发一种微观解决方案：一种利用光物理来分析数据的新型人工智能芯片，仅需消耗一小部分能量。更重要的是，每个芯片只有盐粒大小。

《自然光子学》杂志发表的一项研究详细介绍了最近的进展，该研究依赖于一种神经网络形式，这种形式由加州大学洛杉矶分校的研究人员于 2018 年首次开发。这种方法被称为“全光学衍射深度神经网络”，它使用图案化的 3D 打印无源元件层，这些无源元件精确堆叠在一起。然后训练系统利用光子完成复杂的计算。

该系统使用通过光纤传输的数字图像进行测试。来源：USST

据《新科学家》杂志 报道，USST 团队最近以这一概念为起点，创建了一个“被动、训练有素的神经网络”，该网络可以物理操控光线进行计算分析。然而，所有这些数据编码光线都是通过不超过一根人类头发丝宽度的光纤传输的——因此，他们需要将 AI 芯片做得同样小巧，以便读取每个光子。

研究人员依靠“三维双光子纳米光刻技术”构建每个微型芯片，这些芯片使用超薄聚合物层。然后，他们将芯片连接到光纤线的末端，当数据以光速通过电缆时，芯片会在那里处理数据。为了测试这项发明，该团队将数字图像编码为光子，然后通过光纤线发送。然后，人工智能芯片成功读取数据并以最小的模糊度重新创建每个数字图像。这种图像识别现在是许多人工智能系统中的基本功能，盐大小的芯片可以在万亿分之一秒内完成这一操作。它们使用的能量仅为当今基于人工智能的图像识别技术的千分之几。

该图表显示了数据通过光学 AI 芯片处理时的各个阶段。来源：USST

目前，该系统还远远不够完美。芯片哪怕是最小的缺陷都会降低整个系统的性能，而且每个芯片都必须根据具体工作进行定制。不过，发明者相信这项技术最终可以提供“前所未有的功能”。这些功能可能包括内窥镜成像等情况，甚至可能用于量子计算。

量子芯片与光子芯片的先进性在于它们能够极大地提升数据处理速度和效率。在大数据和人工智能飞速发展的今天，许多复杂的运算任务需要极高的计算能力，而传统的硅基芯片在面对这些需求时显得力不从心。量子芯片运用量子力学的原理，能够在极短的时间内完成大量数据的并行处理；光子芯片则借助光的传输速度，大幅提升了数据处理的速度。

在全球科技赛道上，多元化的选择已成为常态。各国科研机构和企业纷纷投入巨资，探索量子芯片与光子芯片的潜力。例如，IBM、谷歌等科技巨头已经在量子计算领域取得了显著进展；而光子芯片的研究也在全球范围内如火如荼地进行，光芯片公司如Lumentum和NeoPhotonics等正在推动这一技术的发展。

这种多元化的选择不仅体现在技术层面，更体现在市场应用上。不同的应用场景需要不同类型的芯片。在云计算、大数据分析、自动驾驶等高科技领域，量子与光子芯片的优势尤为明显。这些高端制程的芯片，不仅能够满足这些高需求的应用场景，还能够为未来的科技发展提供强大的支持。

面对量子芯片与光子芯片的挑战，硅基芯片的制造企业也在积极寻求突破。一些公司开始探索硅光子技术，这种技术结合了硅基芯片与光子芯片的优点，试图在保持硅基芯片制造成本效益的同时，提升数据传输和处理速度。

在未来，芯片技术领域将更加注重创新。无论是量子技术还是光子技术，都离不开持续的研发投入。此外，跨学科的合作也将成为推动芯片技术发展的重要力量。无论是计算机科学、物理还是材料科学，这些领域的融合将为芯片技术的发展带来新的机遇。