中國成功研制光子時鐘芯片 大幅提升信息處理速度
在繁忙的十字路口，紅綠燈通過調(diào)整時間和顏色來指揮交通。類似地，芯片的信息處理也需要精確的時間調(diào)控，這直接影響到芯片的性能。北京大學常林研究團隊與中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院合作，成功開發(fā)出世界首款光子時鐘芯片，將時間調(diào)控速度提升了100倍，顯著提升了未來智能計算、6G通信和空天遙感等應(yīng)用的性能。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·電子學》。
傳統(tǒng)芯片要實現(xiàn)高速信息處理，通常依賴電子振蕩器生成時鐘信號。然而，這種方案不僅速度有限，還會消耗大量功率并產(chǎn)生較高熱量。此外，不同應(yīng)用如6G、車載毫米波雷達和GPU需要不同頻率范圍內(nèi)的時鐘，導致芯片制造技術(shù)復雜且成本高昂。而新開發(fā)的光子芯片技術(shù)則利用光子生成時鐘信號，由于光速遠快于電子速度，因此光子時鐘在信息處理上具備明顯優(yōu)勢。
該芯片的成功研制關(guān)鍵在于對“光頻梳”技術(shù)的改進。過去，這一技術(shù)需要昂貴設(shè)備支持，價格高達數(shù)百萬元且只能進口。研究團隊實現(xiàn)了“光頻梳”技術(shù)的芯片化，在芯片上構(gòu)建了類似跑道形狀的環(huán)，讓光以光速不斷循環(huán)，每跑一圈的時間作為芯片時鐘的標準。這一過程所需時間極短，僅為1秒的幾十億分之一，使得光子時鐘能夠進行超高速時間調(diào)控。
實驗結(jié)果顯示，單個芯片就能覆蓋所有微波頻段的時鐘，支持從5G到6G甚至更高速度的手機通信，避免了每次通信升級都需要更換硬件的問題。此外，這項技術(shù)還能提升計算主頻，目前團隊實現(xiàn)的時鐘頻率已超過100GHz，這意味著可以在更短時間內(nèi)完成更多計算任務(wù)，為人工智能發(fā)展提供更強算力。
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