由中国北京大学领导的一个国际科学家小组表示，一种新的100GHz芯片利用光（而不是电）来同步处理器，可以解锁高速AI计算、下一代通信和遥感的未来。

研究人员表示，全光学设计重新定义了芯片生成时钟信号的方式，为更快、更高效的计算打开了大门。任何计算机的主处理器-其中央处理器（CPU）-都依赖于时钟信号产生的稳定脉冲和特定频率来同步其内部功能。

处理器的速度（时钟速度）决定了CPU执行指令的速度，以千兆赫兹（GHz）为单位。例如，时钟速度为2GHz的CPU每秒可以执行20亿个时钟周期。通常，时钟速度越高，CPU在给定时间段内可以执行的指令就越多，这意味着计算能力更强。

用光子时钟的微梳同步光电系统的概念图。图片来源：Handout

该团队由来自北京大学先进光通信系统与网络国家重点实验室、中国科学院航天信息研究所和美国加州大学圣塔芭芭拉分校的成员组成，上周在同行评审期刊《自然电子学》上发表了他们的发现。

该研究的主要作者、北京大学信息与通信技术研究所助理教授Chang Lin表示，该团队选择光作为传输和处理信息的媒介，以提高计算速度。传统芯片使用电子振荡器生成时钟信号，但这种方法消耗了太多的功率，产生了巨大的热量，并且没有显著提高速度。

另一个缺点是：芯片通常只能以一个主时钟速度运行，这意味着不同的应用需要完全不同的芯片制造技术，从而推高了芯片的成本。“我们的芯片使用光作为介质，通过光子产生时钟信号”Chang Lin说。“光的传播速度比电快得多，因此使用光子时钟处理信息比电子时钟快得多。”

根据这项研究，该团队开发了一种“片上微梳”，可以合成覆盖宽频带的单频和宽带信号，并为系统中的电子设备提供参考时钟。

Chang Lin表示，“通过在芯片上构建一个看起来像赛马场的环，光可以以光速持续‘运行’。然后，每圈的时间被用作片上时钟的标准”“因为一圈需要十亿分之几秒，所以时钟可以以超高速调节时间。”

Chang Lin补充说，“该芯片支持从5G到6G的手机通信，以及更高的速度。有了新的芯片技术，就不再需要在每次通信技术进步时都更新手机硬件。

“虽然现有的GPU和CPU运行频率约为2到3GHz，但我们的团队已经实现了超过100GHz的时钟速度。这意味着我们可以在更短的时间内计算出更多的知识，为人工智能的发展提供更强的计算能力。”

据《麻省理工科技评论》（中国）报道，该团队表示，他们可以在20厘米（8英寸）晶圆上生产数千个相同的芯片，同时继续致力于解决稳定性问题和优化封装工艺。北京大学表示，这项新技术将“为通信和感知领域带来革命性的变化”。“它可以显著降低手机基站的能耗和设备成本，同时提高自动驾驶中的感知精度和响应速度”。