|
來(lái)源：解放軍報 光子芯片可用于電子信息對抗、武器裝備研究、大數據處理和生命科學(xué)探索等領(lǐng)域，是未來(lái)實(shí)現神機妙算、引領(lǐng)時(shí)代變革的核心技術(shù)之一。 在與韓國棋手李世石的圍棋大戰中，雖然智能機器人最終取得勝利，但也由于棋局復雜、數值計算量大而頻現漏洞，充分暴露了電子芯片在數據處理能力和高速穩定運行方面的短板。隨著(zhù)大數據時(shí)代和信息化戰爭的到來(lái)，各種作戰和保障數據相互交織，對實(shí)時(shí)信息處理提出了更高要求。 美國科羅拉多大學(xué)科研人員日前研制成功世界上第一款依靠“光子”傳輸資料的微處理器芯片。光計算主要利用光的物理性質(zhì)進(jìn)行大容量信息處理，一旦投入運行，將徹底改變智能手機、超級計算機和大型運算中心的計算與網(wǎng)絡(luò )構架，在軍事和民用領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。目前，美國海軍和美國導彈防御局先后投入巨資開(kāi)展光子芯片的研制。作為未來(lái)信息戰爭的“最強大腦”，光子芯片在電子信息對抗、軍事多維物聯(lián)網(wǎng)、戰場(chǎng)數據處理、戰場(chǎng)氣象預報及作戰數字通信系統等領(lǐng)域有廣泛發(fā)展前景，是新軍事變革的重要信息化裝備。 快速靈敏神機妙算 光粒子是一定物理層面上速度最快的粒子，光波具有不同的波長(cháng)、頻率、偏振態(tài)和相位信息，可以用來(lái)代表不同數據。利用光子芯片構建光計算系統，運算速度快、信息失真小、消耗能量低。理論上，光學(xué)計算機可以在啟動(dòng)的一瞬間完成所有信息處理，可對高復雜度、大數據量計算實(shí)時(shí)并行處理。 光子芯片具有明顯的速度優(yōu)勢。以光速進(jìn)行的高效計算，只要在數字信號處理器上附加一個(gè)光學(xué)加速器，就可以制成光學(xué)數字信息處理器，可使傳統電子芯片的運算速度得到巨大提升。由于傳輸所造成的信息畸變和失真極小，光器件的開(kāi)關(guān)速度比電子器件快得多，因此光計算機的運算速度在理論上可達每秒千億次以上，其信息處理速度比電子計算機要快數百萬(wàn)倍。Intel公司研制的光信號數據傳輸樣機，傳輸的速率高達10GB/s，是普通USB線(xiàn)速率的20倍。 美國科羅拉多大學(xué)研制的光子芯片，依靠“光子——電子”系統協(xié)同運轉，單個(gè)芯片上整合了超過(guò)7000萬(wàn)個(gè)電晶體以及850個(gè)光子元件，具有邏輯處理電路、內存等功能，比現有的電子芯片運行速度快50倍。據科學(xué)估算，未來(lái)單個(gè)光子芯片將能同時(shí)執行100萬(wàn)個(gè)并行任務(wù)，大量光子芯片并行運算，數據處理能力可達到目前最龐大的電子芯片計算機的1000倍。 應用廣泛潛力無(wú)限 經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀的遵從摩爾定律的加速發(fā)展，傳統電子芯片逐漸遇到性能瓶頸。電子處理器依靠邏輯電路傳輸數據，隨著(zhù)數據傳輸量與日俱增、傳輸速度需求越來(lái)越高，電子芯片漸漸不堪重負。此外，由于光路在空中交叉傳輸又互不干擾，光計算具有天然的并行性，可在一個(gè)時(shí)間段內同時(shí)進(jìn)行多路計算，不僅速度快而且結果精準。光子芯片的自身能耗非常低，利用光子輸入/輸出端口傳輸1Tb數據僅消耗電能1.3瓦。實(shí)驗證明，同樣的電量下光子芯片的數據傳輸和計算能力更強。 光學(xué)器件微型化腳步正悄然而至。2003年以色列lenslet公司公開(kāi)展示了全球首枚嵌入光核心的商用光學(xué)數字處理器。該光處理器利用光柵卷積原理，實(shí)現了每秒8萬(wàn)億次的數值運算。美國的IBM公司宣稱(chēng)已研制出微米級別的光開(kāi)關(guān)，可利用比發(fā)絲還細的碳管實(shí)現光束數據傳輸，Intel公司也加大了硅光集成芯片的研發(fā)力度。 采用光子芯片不僅可以提升計算機的運算速度，更可以輕松實(shí)現對人腦思維的模擬，人工智能水平將得到巨大提升。由布里斯托大學(xué)和日本電報電話(huà)公司共同研制的量子光學(xué)芯片，將光子當成可自由組合的“積木”一樣編碼排列，能快速切換數據狀態(tài)，可使機器設備變得更“聰慧”。 事實(shí)上，光子芯片還有許多潛力待挖掘。在信息處理中人們通常只利用了光路傳輸這一基本光學(xué)特性，而光信號的折射、干涉、衍射、偏振等很多特性還遠未被有效利用。譬如，美國一家公司推出的全廣播光交換機，利用了光的散射和空間不相干特性，有效解決了令電子芯片“頭疼”的多維數據交換難題。 信息戰場(chǎng)大顯神通 隨著(zhù)光電子技術(shù)的飛速發(fā)展，未來(lái)光子芯片將在軍事安全、多媒體和智能終端、超級計算等領(lǐng)域大有用武之地。利用光子芯片搭建量子計算機，能靈活模擬現有數字計算機的任意工作狀態(tài)，將廣泛應用于武器裝備設計制造、情報獲取和分析處理、戰爭設計與戰場(chǎng)模擬、衛星導航定位等諸多領(lǐng)域。美國航空局目前正在研制新一代超級計算機系統，光子芯片正是其中的“智慧大腦”。 光子芯片在戰場(chǎng)上也將展示“大智慧”。Enlight光子芯片就是為軍事應用量身打造的，它可在短時(shí)間內審查大量數據，迅速識別出非常隱秘的潛在威脅。依靠光纖通信和光子連接技術(shù)運行的光交換設備、光探測器和調制器，將進(jìn)一步優(yōu)化現有電子裝備系統的性能。未來(lái)光子元件將與電子元件同時(shí)效力，各類(lèi)武器裝備將隨著(zhù)光波導和光子技術(shù)的應用得到性能上的巨大提升。由美國海軍空戰中心和導彈防御局授權美國公司研究的先進(jìn)光學(xué)處理器，主要用來(lái)加強大型軍用雷達的芯片計算和處理能力，將在雷達探測領(lǐng)域得到重要應用。 光學(xué)計算是影響未來(lái)信息技術(shù)發(fā)展的戰略性工程�？茖W(xué)家正在將微電子技術(shù)與光子技術(shù)結合，研制新型光電集成系統，可廣泛應用于大型多媒體廣播系統、機場(chǎng)安全檢查系統和醫學(xué)數據庫系統，在移動(dòng)通信領(lǐng)域可消除同一基站內用戶(hù)間的相互干擾，在生物科技方面可大大縮短運算必須的基因數據配對時(shí)間。未來(lái)光子芯片還將用于軍事通信加密、軍用新材料和非傳統武器的開(kāi)發(fā)，對軍事變革和社會(huì )發(fā)展產(chǎn)生強有力助推。 |
