哥倫比亞大學工程師發明了一種強大的3D光子電子芯片

哥倫比亞大學的工程師們發明了一種強大的 3D 光子電子芯片，它可以克服人工智能最大的硬件挑戰之一：耗能的數據傳輸。他們的設計將基于光的數據移動與 CMOS 電子設備相結合，以實現極高的效率和帶寬。這一突破可能會重塑 AI 硬件，使系統更智能，能夠以更快的速度傳輸數據，同時消耗更少的能源——這對于自動駕駛汽車、大規模 AI 模型等未來技術至關重要。

3D光子芯片模塊。圖片來源：Keren Bergman

人工智能 (AI) 具有推動重大技術突破的潛力，但其進展因能源效率低下和數據傳輸瓶頸而放緩?，F在，哥倫比亞工程大學的研究人員開發出了一種有前途的解決方案：一種 3D 光子電子平臺，可顯著提高能源效率和帶寬密度。這些是構建更快、更強大的 AI 硬件的關鍵步驟。

這項研究發表在《自然光子學》雜志上，由電氣工程系查爾斯·巴徹勒教授凱倫·伯格曼領導，介紹了一種將光子學與先進的互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 電子技術相結合的新方法。這種集成實現了高速、節能的數據通信，并直接解決了人工智能最大的硬件限制之一：快速移動大量數據而不消耗電量。

“在這項研究中，我們提出了一項能夠以前所未有的低能耗傳輸大量數據的技術，”伯格曼說?！斑@項創新突破了長期以來限制傳統計算機和人工智能系統中數據移動的能源障礙?！?/p>

電氣工程研究生、論文合著者邁克爾·卡倫 (Michael Cullen) 與凱倫·伯格曼 (Keren Bergman)（前景）在光波研究實驗室一起工作。圖片來源：Timothy Lee/哥倫比亞工程學院

哥倫比亞大學工程團隊與康奈爾大學 Ilda 和 Charles Lee 工程學教授 Alyosha Christopher Molnar 合作開發了一款 3D 集成光子電子芯片，該芯片在緊湊的芯片空間內擁有 80 個光子發射器和接收器的高密度。該平臺提供高帶寬（800 Gb/s），具有出色的能效，每比特僅消耗 120 飛焦耳。帶寬密度為 5.3 Tb/s/mm2，這項創新遠遠超出了現有基準。

該芯片專為低成本而設計，將光子器件與 CMOS 電子電路集成在一起，并利用商業代工廠生產的組件，為廣泛的行業采用奠定了基礎。

該團隊的研究重新定義了數據在計算節點之間的傳輸方式，解決了長期以來的能源效率和可擴展性瓶頸。通過 3D 集成光子和電子芯片，該技術實現了無與倫比的節能和高帶寬密度，擺脫了傳統數據局部性限制。這個創新平臺使 AI 系統能夠高效傳輸大量數據，支持以前由于能源和延遲限制而不切實際的分布式架構。

由此產生的進步有望實現前所未有的性能水平，使該技術成為未來各種應用計算系統的基石，從大規模 AI 模型到自主系統中的實時數據處理。除了 AI 之外，這種方法還具有為高性能計算、電信和分解式內存系統帶來變革的潛力，標志著節能、高速計算基礎設施新時代的到來。

編譯自/ScitechDaily