美國智庫戰略與國際研究中心（CSIS）12 日發表新文章，提到美中科技戰的新戰場可能是矽光子技術，在提高傳輸效率的同時降低延遲，並改變美中在半導體和 AI 的競爭格局。

作者 Matthew Reynolds 在文章中表示，與電子學相比，光子學利用光子而非電子傳遞資訊，光子與電子技術相結合時，有望創造具更高頻寬、更高能效的大規模運算系統，超越傳統電子晶片的物理限制。

中國智庫中國國際經濟交流中心（CCIEE）經濟學家陳文玲在反美國封鎖的文章中表示，矽光子是中國能彎道超車的技術，「光子晶片具有諸多技術優勢，它運算速度更快，資訊容量更大，將比目前的矽基晶片提升 1,000 倍以上」，中國中科鑫通微電子（SinTone）正籌建光子晶片生產線，預計 2023 年建成，意味中國在光子晶片將走在世界前列，甚至徹底改變晶片技術路線。

中科鑫通微電子總裁隋軍指出，中國有能力在國內生產光子晶片，因為製造過程不需用到美國制裁的極紫外光（EUV）曝光機。目前光子晶片產線情況仍不明朗。

不過，中國政府近期可能對光子學感興趣，並視為規避西方技術控制的方法之一。從中國第十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱要，都提到光子技術；北京大學國家發展研究院院長姚洋認為，美國半導體限制措施是「自尋死路」，因為光子晶片最終將淘汰電子晶片，也同意是中國彎道超車的機會，最近他在最新文章也稱中國有能力在這新興技術中率先突破。

技術從電子走到光子？ 

不過 Matthew Reynolds 認為，光子晶片不太可能取代電子晶片，至少時間不會很快，光子學與電子學更像是共生關係。

但確定的是，矽光子技術的確有望成中國前進半導體製造前沿的破口。

矽光子技術最直接的應用形式是光互連（optical interconnects），即用光子技術取代電路中的銅線，加快處理器和/或記憶體間的資訊傳輸，減少目前困擾 AI 運算的傳輸瓶頸。

當資料傳輸（非資料處理）成為瓶頸時，光互連整合可提高運算系統性能，使其超出採用先進電子設備但沒光互連的系統。

美國光運算公司曦智科技（Lightelligence）先前獲得中國政府資金，最近推出 AI 加速器「Hummingbird」（蜂鳥）。Hummingbird 使用光互連元件，連接台積電以 28 奈米製程製造的電子晶片，雖然這種製程未達當前領先技術，但已完全符合中國半導體製造能力。曦智科技甚至聲稱在某些 AI 任務中，其延遲和效率指標超過對手。

除了光互連外，矽光子另一個應用領域是新興的光運算領域。光子處理器利用光而非電子進行運算，雖然執行運算類型有限，但在進行矩陣乘法運算部分相當具前景。值得注意的是，在大型語言模型基礎中，這種類型運算剛好佔推理運算 90% 以上。

此外，曦智科技還發布「光子算術運算引擎」（Photonic Arithmetic Computing Engine，簡稱 PACE）的光學運算系統。PACE 將光子和電子整合晶片進行共封裝，在部分運算密集型應用中，處理速度比 Nvidia 高階 GPU 快25-100 倍。

曦智科技執行長沈亦晨指出，光子晶片代表一個更快實現產業化的技術方向，因為光子晶片不依賴製程、技術也不受限，可用 28 奈米的電子晶片產生 7 奈米電子晶片的效果。由此可知，光子處理器的運算系統可由較傳統的電子設備提供支援，執行部分 AI 任務時性能甚至優於最先進的全電子系統。

與此同時，中國清華大學研究團隊先前宣布突破傳統晶片的物理瓶頸，提出光電融合的全新運算框架，研制出國際首個全模擬光電智慧運算晶片（ACCEL）。

ACCEL 在智慧視覺目標辨識任務的算力中，達目前高性能商用晶片 3,000 餘倍，在智慧視覺目標辨識任務和無人系統場景運算中，能效是現有高性能晶片的 400 萬餘倍。雖然 ACCEL 商業化時間還不明確，但研究人員認為 ACCEL 未來有望在無人系統、工業檢測和 AI 大模型等方面實現應用。

矽光子有望改變中美科技戰和 AI 競爭格局

Matthew Reynolds 認為，矽光子是光互連和光運算進步的基礎和動力，將改變中美半導體和 AI 競爭格局。美國出口措施試圖切斷中國先進晶片製造能力，但矽光子似乎成為中國彎道超車的新機會。

不過 Matthew Reynolds 表示，儘管光子處理器的性能獲得宣傳，但目前適用性仍較狹窄，與電子處理器的通用性形成鮮明對比。此外，矽光子技術的應用仍存在許多技術障礙，光學電腦還需要操作系統和應用程式等軟體開發來改善性能。

也因此，實現光學運算可能還需要數年甚至數十年時間，以目前 AI 發展速度來看，任何延誤都可能造成嚴重後果。美國領先半導體公司和盟國公司也都往矽光子投入許多資源，中國能否獲得領導地位還不能下定論。

Matthew Reynolds 指出，但無論如何，新技術和新架構很可能重新定義先進晶片的構成要素，並削弱現行管制措施的影響，或重塑競爭格局。美國的出口管制也可能無意中激勵中國將更多資源投入新興技術，成為下一代半導體的關鍵作用，特別是隨著摩爾定律逐漸逼近，以及對 AI 運算需求不斷增加的情況下。

（首圖來源：shutterstock）

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