要有光！美國國防高級研究計劃局（DARPA）正在尋求突破物理定律的光子計算機來大幅提升人工智能性能電子。
這絕非輕量級項目電子。DARPA計劃投入總計約3500萬美元資金，希望推動研究人員突破基本物理約束，構建更大規(guī)模的光子電路，用光而非電子來完成更多計算任務。
國防部研究機構最近發(fā)布了一項名為"可擴展系統(tǒng)目標的光子集成電路架構"（PICASSO）的征集項目，旨在將光子學應用擴展到目前狹窄的演示范圍之外電子。鑒于對更強大光子系統(tǒng)的需求，包括與人工智能工作負載相關的系統(tǒng)，DARPA呼吁研究人員提交提案，展示如何通過電路級設計來克服限制當前光子計算方法的基本局限性，使用現有的光子組件而不是等待新組件的發(fā)明。
對于不熟悉光子計算的人來說，這是利用光而非電子來處理和傳輸數據的技術電子。如果這聽起來很牽強，實際上并非如此，正如DARPA指出的那樣——目前已經存在光子電路，盡管形式有限。
使用光來處理數據信號具有理想的優(yōu)勢，特別適合人工智能等重負載應用，具有更大帶寬、更低延遲和更高能效電子。不幸的是，正如DARPA指出的那樣，"包含光子電路的系統(tǒng)很難在系統(tǒng)級性能方面顯示出相對于電子系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢。"
當前一代光子電路在深度上受到限制，這限制了它們除了單一線性數學運算之外的能力電子。包含在更大系統(tǒng)中的單個光子電路還必須將光信號轉換為電子信號，以便傳遞給其他組件，由于電子電路的毫秒級延遲，基本上消除了納秒級延遲的優(yōu)勢，DARPA指出這是10^6的性能降級。
那么，除了DARPA所說的行業(yè)專注于組件級研究之外，是什么阻礙了光子電路的發(fā)展呢？當然是物理學電子。
DARPA指出："進一步擴展電路規(guī)模和功能的主要限制根植于光信號傳輸的基本特性電子。"很好——只要研究人員能夠解決該研究機構指出的兩個基本技術挑戰(zhàn)，這就是一個簡單的修復。
首先是信號衰減電子。與能夠再生信號和過濾噪聲的金屬氧化物半導體電路不同，光子電路存在光學衰減和噪聲的基本問題，這些噪聲無法被放大消除，因為任何放大光信號的嘗試也會放大噪聲。
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其次，還有虛假波干擾問題，這會導致散射、耦合、模式泄漏、反向反射和不需要的共振電子。DARPA解釋說："在眾多組件中，這些誤差的控制變得不可預測，特別是當與制造變異性和熱環(huán)境不穩(wěn)定性結合時。"
如上所述，克服這些限制傳統(tǒng)上導致光子電路與電子電路接口，而DARPA不希望這樣電子。
該機構表示："大量使用電子元件阻止了光子學原生提供的延遲、效率和帶寬方面的系統(tǒng)級增益電子。"
這就是PICASSO項目的意義所在：DARPA希望其選定的參與者做的事情，就像解決光物理學施加的限制一樣簡單：只需制造更好的電路，使這兩個技術挑戰(zhàn)不再成為問題電子。
DARPA表示："從現代電子學中汲取靈感，其中巧妙的電路設計克服了單個晶體管的限制，該項目將培育創(chuàng)新的電路級策略，以實現前所未有的系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性電子。PICASSO通過擁抱新范式來應對這些挑戰(zhàn)：使用今天的組件創(chuàng)造明天的光子電路。"
DARPA不僅僅是征集想法電子。到PICASSO第一階段結束時，即7月啟動后18個月，DARPA希望看到"光子電路可預測性能的演示"，到第二階段結束時（另外18個月），它期望演示"廣義電路功能"。
它還期望在總計約3500萬美元的項目預算內完成所有這些工作，資金將分配給多個獲獎項目電子。提案截止日期為3月6日——祝好運。
Q&A
Q1：什么是光子計算電子？它有什么優(yōu)勢？
A：光子計算是利用光而非電子來處理和傳輸數據的技術電子。它具有更大帶寬、更低延遲和更高能效的優(yōu)勢，特別適合人工智能等重負載應用。目前已經存在光子電路，但形式有限。
Q2：光子電路目前面臨哪些技術挑戰(zhàn)電子？
A：主要有兩個基本技術挑戰(zhàn)：一是信號衰減問題，光子電路存在光學衰減和噪聲無法被放大消除的問題；二是虛假波干擾問題，導致散射、耦合、模式泄漏等，在眾多組件中誤差控制變得不可預測電子。
Q3：PICASSO項目的目標是什么電子？預算多少？
A：PICASSO項目旨在使用現有光子組件創(chuàng)造更好的光子電路，克服物理限制電子?？傤A算約3500萬美元，分配給多個獲獎項目。目標是在第一階段18個月內演示可預測性能，第二階段演示廣義電路功能。
