1. 铜线的物理极限:电子的拥堵
在过去的五十年里,我们一直在做一件事:把晶体管做小。但现在,我们遇到了一个新的敌人:互连(Interconnects)。
即使 GPU 的计算核心速度再快,数据也必须通过金属铜线进出芯片。当频率达到 GHz 级别时,铜线中的“集肤效应”会导致电阻急剧升高。电子在传输过程中大量转化为热能。目前,数据中心超过 30% 的电力并非用于“计算”,而是浪费在了“搬运数据”的路上。
这就是著名的内存墙(Memory Wall):算力的增长速度远远超过了数据传输带宽的增长速度。如果不解决这个问题,H100 这样的超级芯片将有 90% 的时间在等待数据喂入。
2. 为什么是光子?
与电子不同,光子(Photon)是玻色子。它们没有质量,没有电荷,互不干扰,且传输过程中几乎不产热。最重要的是,利用波分复用(WDM)技术,我们可以在同一根光纤中,利用不同颜色的光同时传输上百路信号。
这使得单根光纤的带宽潜力比铜线高出数个数量级。但在很长一段时间里,光器件(如激光器、调制器)体积巨大且昂贵,无法塞进芯片。
3. 硅光子:把激光器刻在芯片上
硅光子技术(Silicon Photonics)的革命性在于,它利用成熟的 CMOS 半导体工艺,直接在硅片上蚀刻出纳米级的光波导、调制器和探测器。
这意味着我们可以像制造 CPU 一样,大规模、低成本地“印刷”光路。我们不再需要昂贵的分立光学元件,整个光学收发系统被压缩到了一枚硬币大小的芯片上。
4. CPO:封装级的终极融合
目前的趋势是走向CPO(Co-Packaged Optics,共封装光学)。以前,光模块是插在机柜面板上的,离 GPU 很远(几英寸),中间还得走铜线。
而在 CPO 架构下,光学引擎被直接封装在 GPU 的基板上,距离计算核心仅几毫米。这极大地缩短了电信号的传输距离,将功耗降低了 50% 以上,同时实现了 Tbps 级别的超高带宽。
对于像 GPT-5 这样需要万卡集群训练的模型来说,CPO 是连接成千上万个 GPU 形成“超级算力大脑”的神经网络。
5. 结语:电子做逻辑,光子做传输
我们正在进入一个“混合计算”的时代。电子虽然在传输上效率低下,但它们擅长逻辑运算(晶体管开关);光子虽然难以进行逻辑门操作,但它们是完美的搬运工。
未来的芯片,将是硅基逻辑与光基传输的完美结合。当光速成为数据流动的基准速度时,我们才真正触碰到了物理极限的边界。