突破光计算瓶颈，科研人员研发“可编程光子芯片”

随着生成式AI与大型语言模型的快速扩张，数据中心与服务器对计算效率的需求直线攀升。面对传统电子半导体在能耗与传输速度上逐渐浮现的瓶颈，以“光”取代“电”的“光计算”成为科技界备受瞩目的新解决方案。

为此，韩国首尔大学与首尔市立大学研究团队共同开发出一款可编程光子集成电路，能依需求动态调整光在芯片中的传播速度。这项成果不仅打破了光信号只能“固定前进”的限制，更有望在单一芯片内提供延迟、同步与缓冲等多项功能，大幅减少AI服务器对多种独立元件的依赖。

光虽然传输速度极快，却难以像电子信号那样被暂时延迟或储存，而这正是光计算要实现“缓冲”与“记忆”功能的关键痛点。

研究团队以“耦合谐振器诱导透明（CRIT）效应”为基础，重新设计了光子电路。团队将原本制作后就难以更动的固定式结构，改造成可灵活调整的架构：他们将“亮模”与“暗模”视为单一可控制的自由度，并导入了两个可调式回路耦合器。

▲ 图为可编程CRIT光子集成电路结构，说明如何通过调整光学谐振器之间的耦合，来自由控制光的流动。

团队通过理论分析与数值模拟证明，这种创新设计能在系统运作中，即时且动态地调整通带带宽、信号形状、延迟时间与传输效率，甚至能在不必额外加入专用元件的情况下，改变光脉冲速度并进行频率转换。

此外，研究更通过三维（3D）电磁模拟，检验其在“氮化硅”（Silicon Nitride）光子集成电路平台上的可行性。在纳入材料损耗、谐振器品质差异、背向散射、耦合波动、相位误差与热串扰等实际制程中的干扰因素后，结果显示该结构在严苛的现实条件下依然能维持稳定运作。

研究团队强调，这项技术若进一步迈向商业化，未来单一芯片即可同时整合信号同步、可调延迟线、光缓冲器与频率转换等多种功能。这将使光通信设备与传感系统更小型化、成本更低，并直接帮助数据中心与AI服务器降低能耗、提升整体计算效率。

团队表示，下一步将朝向大型可编程光子集成电路、硅光子与光子AI技术领域扩展，并积极推进实际元件的制作与实验验证。

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