把光塞进芯片里:光子计算到底在折腾什么?

上周在南京新街口的那家独立咖啡馆,邻座两个穿格子衫的男生凑在一块聊,说现在的GPU跑大模型快把电费烧穿了,说不定哪天光子计算就能把这事儿给解决了。我当时端着冰美式差点呛到。

之前跟做硅光的工程师吃饭,他说课题组熬了三年就磨出来半厘米见方的小芯片,连个像样的能跑通的演示demo都没整明白,怎么外头传得跟明天就要替代英伟达了似的。

别被“光替代电”的爽文骗了

好多人对光子计算的第一印象,就是拿光把现在芯片里的电线路全换掉,速度快到飞起,功耗低到可以忽略。真不是。

我们现在聊的能落地的光子计算,本质上根本不是全光替代的路子。它的核心逻辑,是用不同波长的光,在同一个纳米级的硅波导里并行传输,靠精密加工的干涉仪阵列调节光的振幅和相位,完成大模型训练和推理里最吃算力的矩阵乘法运算。

硅光芯片上的马赫-曾德尔干涉仪阵列实拍图
硅光芯片上的马赫-曾德尔干涉仪阵列实拍图

快是真的快。

毕竟光的传播速度是电子在铜线里跑的好几个量级,而且不同波长的光在同一个通道里互不干扰,相当于你在一根水管里同时跑十几路不同颜色的水,各走各的,根本不用像电开关那样排队等带宽。之前看过公开的测试数据,同样规模的矩阵乘法运算,硅光阵列的运算速度能达到同工艺节点电芯片的十几倍,这个差距是实打实的。

不过话说回来,这玩意儿的痛点也够让人头疼的。光电转换环节的损耗,是当前光子计算离大规模民用最近的一道坎。光进芯片之前,要把电信号转成光信号;算完了,还要把光信号转回成电信号,传给内存、硬盘存着。这两个转换过程现在的损耗,还没压到能跟纯电芯片拼成本的程度——就好比你买了个超级快的跑车,结果每次出门都要先花十分钟给轮胎充气,跑起来再快,整体效率也打折扣。

你摸到的光子计算,根本不是你想的那样

别以为光子计算是实验室里遥不可及的黑科技。现在你刷短视频用的推荐算法、大模型的日常推理服务,已经有几家厂商在试点插硅光加速卡了——不是概念演示,是真的跑在生产环境里,给用户提供服务的。

数据中心机柜里的硅光加速卡实拍图
数据中心机柜里的硅光加速卡实拍图

好多人追着问,这玩意儿什么时候能替代GPU打游戏?每次听到这个问题,我都要愣三秒。

光做逻辑门的难度,比做矩阵运算难了不止一个量级。你要让两个光信号碰撞实现“与”“或”“非”的基础逻辑操作,需要的精度和成本,现在根本做不到像CMOS工艺那样几纳米的大规模集成。说白了,光就像个偏科的天才——算矩阵题的时候秒杀所有同学,但是让它做个简单的逻辑判断、跳个分支,它就卡壳。

现在的落地路径根本不是全光替代,是光负责擅长的矩阵运算,电负责剩下的所有逻辑操作。相当于给原来的服务器团队请了个专职的数学代课老师,剩下的改作业、盯考勤、处理突发状况的杂事,还是原来的老员工扛着。根本不存在什么“光子芯片替代所有电芯片”的神话,大家都是搭伙干活,各补所长。

上次跟那个做芯片的工程师唠,他说他们团队最常遇到的误解,就是被问“你们这芯片是不是没有发热”。他每次都要耐心解释,光在硅材料里跑是有损耗的,跑久了照样发热,只是比同算力的电芯片发热少很多而已,哪来的什么绝对零功耗。

别等“完全成熟”再进场,现在的坑都是挖给耐心的人的

别等“完全成熟”再进场,现在的坑都是挖给耐心的人的
别等“完全成熟”再进场,现在的坑都是挖给耐心的人的

之前好多人对光子计算的态度是“等技术完全成熟了再关注”,结果呢?这两年做硅光加速的团队,拿的融资额涨了快三倍。为啥?因为大家突然算明白一笔账:现在先进制程的电芯片,产能卡得死死的,数据中心的电费已经占到运营成本的近一半,就算光子加速卡现在的绝对性能只有同价位GPU的三分之一,只要功耗能降到五分之一,对超大规模数据中心来说就是稳赚不赔的买卖。

账算得过来。

你别管这技术现在是不是有瑕疵,只要它能在某一个细分场景里,把别人解决不了的成本问题给破了,它就有生存的空间,根本不需要等到什么“全面替代”的那天。就像当年的GPU,最开始也不是为了跑大模型设计的,就是个打游戏的图形卡,结果大家发现它算矩阵特别快,慢慢就成了AI算力的主力。现在的光子加速卡,走的其实是一样的路。

说实话,我最烦那种把新技术吹成“下一个时代所有解决方案”的稿子,好像光子计算一出来,原来的半导体行业就一夜清零了似的。哪有那么好的事啊。现在的光子计算,更像是整个半导体行业摸到现有路径的天花板时,推开的另一扇窗户——不是把原来的路堵死,是多一条路可以走。而且好就好在,硅光的加工工艺,现在基本可以跟现有的CMOS产线兼容,不用从零开始建一条全新的产线,试错成本比大家想的低很多。

昨天刷到那个做硅光的工程师发的朋友圈,说他们实验室刚把光电转换的损耗又压了0.2个dB,配图是喝了半罐的橘子汽水。我当时评论说,等你们这芯片真能批量发货了,我请你喝新街口那家店的冰美式,加双份浓缩的那种。

作者|科技

排版|科技

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