我国成功开发出世界首款光子时钟芯片

游戏天地 2025年02月28日 13:15 3 admin

芯片的信息处理需要做好时间调控，而调控的速度与精准度，直接决定了芯片的性能。北京大学常林研究团队与中国科学院空天信息创新研究院合作，成功开发出世界首款光子时钟芯片，可将芯片上的时间调控速度提升100倍，从而极大提升未来智能计算、6G通信、空天遥感等一系列现实应用的性能。相关成果日前发表于《自然·电子学》。

“传统芯片要想产生高速的信息处理能力，通常需基于电子的振荡器来产生时钟信号。但目前来看，该方案的速度并不理想，且会消耗大量功率，产生较高热量。同时，一个芯片往往只能产生一定频率范围内的时钟，导致不同应用，比如6G、车载毫米波雷达、GPU等，需要完全不同的芯片制造技术，从而极大提升了芯片成本。”常林告诉记者：“不同于传统方案，我们开发的光子芯片技术‘以光为媒’，通过光子产生时钟信号。我们都知道，就速度而言，光比电快很多，因此用光子时钟来处理信息，速度比电子时钟快得多。”
常林介绍，该芯片之所以能研制成功，关键在于对“光频梳”技术的“改造”。在过去，这一技术只能依靠昂贵的设备来实现，一台售价几百万元，且只能依赖进口。“我们成功实现了‘光频梳’技术的芯片化，通过在芯片上构建了类似于跑道形状的环，让光在其中以光速不断‘奔跑’，而每跑一圈的时间，就可以作为片上时钟的标准。由于这一时间非常短，通常为1秒的几十亿分之一，因此光子时钟能以超高速进行时间调控。”
“通过这种方案，我们可以基于光来进行芯片上的信息传输与处理，从而极大提升传统芯片的性能。”常林团队在实验中发现，他们可以只用一个芯片就能覆盖目前所有微波频段的时钟。“这也意味着，这一芯片可以支持从5G到6G，甚至更高速度的手机通信，从而避免了过去每升级一次通信方案，就需要更新一次手机硬件的问题。”
常林还透露：“这一技术的另一个重要应用，是提升计算的主频。目前，无论是GPU还是CPU，主频一般都在2—3GHz，而目前我们团队实现的时钟频率已超过100GHz。这相当于在更短的时间内，我们可以计算更多次数，从而为人工智能发展提供更强算力。”

来源丨光明日报、科技日报编辑丨张心怡美编丨马利亚监制丨连晓东我国成功开发出世界首款光子时钟芯片