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光电混合计算新范式

核心技术

光子矩阵计算(oMAC)、片上光网络(oNOC)及片间光网络(oNET)构成曦智科技“光电混合算力新范式”

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oMAC

光子矩阵计算

1. 用光来替代传统的电子进行数据处理

2. 执行线性运算,这里主要指乘法与加法,也可理解为矩阵-矩阵或矩阵-向量之间的乘法

3. 是一种模拟计算

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实现方式

采用与CMOS兼容的硅光工艺平台,光-电协同设计,结合先进封装技术

高速可调、小尺寸电光调制器设计

新颖的计算架构-基于MZI结构的相干/非相干方案

硬件-算法的协同优化

意义

光子计算并行能力更强

能效媲美电子芯片

光子计算延迟超低

工艺制程要求和成本低

oNOC

片上光网络

数据在光芯片网络中传递:

1. oNOC可以实现单个电芯片(EIC)内部的数据传输

2. oNOC也可以实现封装内部多个电芯片(EIC)之间的数据通信

3. oNOC的能效比降低至<1pJ/bit,是eNOC的1/6

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实现方式

光芯片上构建一个固定或可灵活调整的通讯网络拓扑,将不同的电芯片与其中单个或多个节点相连,实现基于oNOC的数据交互

采用形式有基于光广播的网络拓扑和基于波分复用的网络拓扑

意义

高带宽、低能耗、低延迟、距离不敏感

通用性强,可将不同类型的电子芯片与之结合,为芯片间提供高速、低能耗的互连

有利于任何有高带宽需求的应用场景

oNET

片间光网络

光芯片起到类似optical BUS的作用,将单元内部需要传输的数据集中起来,通过光传播介质(如光纤)与其他单元进行数据交互

1. oNET传输速率远大于eNET

2. oNET能耗约2pJ/bit,是Nvlink3.0的1/4

3. oNET延迟约3.5ns,是Nvlink3.0的1/3

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实现方式

PIC对需要发送或者接受的信号进行处理,实现信号的光-电与电-光转换

发送时,数据由EIC → PIC → 外部

接收时,数据由外部→ PIC → EIC

意义

能效比高,光学传播损耗低

带宽高,延迟低

传输距离不敏感

发展简史

走进光电子

电子芯片
光子技术

1947

贝尔实验室发明晶体管

1955

英国发明了用极细的玻璃制作的光导纤维

1958

杰克·基尔比(Jack Kilby)制成第一块集成电路

1962

罗伯特·N·霍尔研制了第一个激光二极管器件,并在850纳米的近红外波段发射

1965

“摩尔定律”被提出

1969

美国贝尔实验室S.E.Miller博士提出集成光学概念

1970

美国康宁公司生产出世界上第一根耗损率为每公里20分贝的套层光纤

1971

英特尔推出全球第一个微处理器4004

1993

英特尔推出奔腾处理器,制程首次降低至1微米以下

2006

Luxtera推出了集成硅光技术的光收发器,单通道单波长带宽达到10Gbps

2015

Ayar Labs推出了首个基于片间光互联技术的微处理器

2015

制程工艺首次进入14纳米时代

2017

《自然·光子》杂志封面论文发表沈亦晨博士开创性研究成果

2018

7纳米时代开启

2019

曦智科技发布全球首款光子芯片原型板卡

2020

英特尔推出了首个基于co-package optics技术的以太网交换机

2020

台积电成为全球唯一的5纳米代工厂

2021

曦智科技发布第二代光子计算处理器PACE

2021

苹果公司提前预定了台积电4纳米工艺产能

2022

三星3纳米制程工艺实现量产

2023

苹果公司最新款IPhone市售,搭载台积电3纳米制程的AI Pro芯片。

2023

曦智科技发布首个计算光互连产品Photowave,以及首款片上光网络(oNOC)人工智能(AI)处理器OptiHummingbird。

技术文件

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