中国研发世界首款光子时钟芯片

芯片的信息处理需要时间控制，控制的速度和准确性直接决定了芯片的性能。北京大学常林研究小组与中国科学院空间信息创新研究所合作，成功开发了世界上第一款光子时钟芯片，可将芯片上的时间控制速度提高100倍，大大提高了未来智能计算、6G通信、空间遥感等一系列实际应用的性能。相关结果最近发表在自然电子学上。

“为了产生高速信息处理能力，传统芯片通常需要基于电子振荡器产生时钟信号。但目前，该方案的速度并不理想，而且会消耗大量的功率，产生更高的热量。与此同时，芯片通常只能在一定的频率范围内产生时钟，导致不同的应用程序，如6G、车载毫米波雷达、GPU等，需要完全不同的芯片制造技术，大大提高了芯片成本。”与传统方案不同，我们开发的光子芯片技术‘以光为媒介’通过光子产生时钟信号。我们都知道，就速度而言，光比电快得多，所以用光子时钟处理信息比电子时钟快得多。”

常林介绍，芯片成功开发的关键在于“光频梳”技术的“转型”。过去，该技术只能依靠昂贵的设备来实现，价格为数百万元，只能依靠进口。“我们成功地实现了‘光频梳’技术的芯片，通过在芯片上构建了一个类似于跑道形状的环，这样光就可以以光速继续‘跑’，每次跑一圈都可以作为电影时钟的标准。由于时间很短，通常是1秒的数十亿分之一，光子时钟可以以超高速进行时间控制。”

“通过这种方案，我们可以在光的基础上传输和处理芯片上的信息，从而大大提高传统芯片的性能。”常林团队在实验中发现，他们只能使用一个芯片来覆盖所有微波频段的时钟。“这也意味着该芯片可以支持从5G到6G，甚至更高速度的手机通信，以避免过去每次升级通信方案都需要更新手机硬件的问题。”

常林还透露：“该技术的另一个重要应用是提高计算的主频率。目前，GPU和CPU的主频率一般为2-3GHz，我们团队的时钟频率已超过100GHz。这相当于我们可以在更短的时间内计算更多的次数，从而为人工智能的发展提供更强的计算能力。”