2025年集成芯片精选报告报告

　　近日，惠普實驗室（Hewlett Packard Labs）的研究人員已經構建出一種新型光學晶片，這稱得上是全球最複雜的光學晶片之一。據稱，該光學晶片能比常規晶片更高效、更快速地執行優化計算任務，消耗的能量也更少。

　　據電氣和電子工程師學會會刊（IEEE Spectrum）報告稱，惠普實驗室團隊構建了一個光學設備，包含有1052個光學組件協同工作，可以進行複雜計算任務。

　　這就像是一種基於光的所謂的伊辛機（Ising Machine）。伊辛機設備通常用溫度波動編碼複雜計算問題，並且通過辨別電子自旋方向如何在外界溫度變化的影響下隨著時間穩定而獲得問題的解決方案。

　　相比之下，惠普實驗室的新型光學晶片則用光束代替電子，利用光的偏振特性模擬電子的兩個自旋態。同樣的，該新型光學器件通過小型加熱器編碼問題，光束在晶片的各個區域周圍掃動，直到光束達到穩定狀態，則獲得解決方案。

　　電氣和電子工程師學會會刊（IEEE Spectrum）詳細描述了該光學晶片的工作原理和技術：

　　惠普實驗室光學晶片上的四個區域稱為節點，用以支持由紅外光束形成的四個自旋。當光束離開節點之後，將被分束並與干涉儀內部的來自其他每個節點的光束進行組合。內置於干涉儀中的電加熱器則用於改變附近組件的折射率和物理尺寸。這將調整每個光束的光路長度，由此調整其相對於其他光束的相位。

　　微型加熱器的溫度對要解決的問題進行編碼，因為這將確定兩個光束合併時其中一個光束自旋狀態相對於另一個光束自旋的重要程度。所有這些相互作用的輸出隨之被冷凝並反饋回各個節點，其中稱為微環諧振器（microring resonators）的結構將清除每個節點中的光束，使其再次恢復自旋態之一。光束循環遍歷干涉儀和各個節點，並在0度和180度的相位之間翻轉自旋態，直到整個系統平衡獲得單個解。

　　研究人員稱，該方法對於複雜問題優化解決的效率要遠高於傳統晶片。該團隊以經典的「旅行售貨員」（traveling salesman problem）問題為例，證明該新型光學晶片的效率遠遠高於傳統晶片。「旅行售貨員」問題是一個經典的數學挑戰，需要計算在多點之間最有效的路線。

　　此外，其他光學計算技術也有類似的優點。正如深科技最近所報導的，基於雷射的計算方法正被用於分析遺傳數據以及智能壓縮信息，並且速度要優於傳統計算晶片。並且，隨著速度的提高，基於光的計算晶片消耗的能量也會更少。

　　據2016-2021年中國集成晶片行業市場需求與投資諮詢報告了解，光學計算晶片的速度快、效率高、能耗小，這就解釋了為什麼像英特爾這樣的晶片巨頭也在研究如何構建光學計算硬體。

　　惠普實驗室的最新研究成果則是光學計算硬體發展路上的另一個里程碑，這將進一步推進計算問題的優化和效率提升。