刘骏秋：光芯片应用不仅局限于人工智能

刘骏秋：光芯片技术和人工智能 （来源：网易科技）

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杭州网讯12月18日-20日，2020网易未来大会在杭州盛大举行。大会以“洞觉未见”为主题，汇聚了全球最强大脑，期盼以远见超越未见，去寻找打开未来的钥匙。

大会上，瑞士洛桑联邦理工学院博士刘骏秋在《光芯片技术和人工智能》主题演讲时表示，电芯片本质上在芯片的尺度上利用电子来生成处理和传输信息；光芯片就是把电子换成光子，在芯片的尺度上用光子生成和处理、传输信息。与电芯片相比，光芯片在诸多领域，通讯、激光雷达、传感、图像分析上面有独一无二的优势。

刘骏秋进一步解释，光芯片速率可以达到100G，比电芯片快很多，这样可以在光的通道上面做更多信息的编码，它可以承载更多的信息，同时功耗比电芯片更小。因为光在传播中不会产生任何热效应，这和电子不一样，还有光和光之间不会有相互作用，不会受背景的电磁干扰。

对于光芯片的应用，刘骏秋说，不仅局限于人工智能。还用它做微波滤波器、毫米波生成、天体光谱仪校准、微波生成。甚至可以做中红外双输光谱，用来测量气体当中的成分。可以做光学相关断层扫描，可以看生物组织的结构，最后可以用在数据中心上做开关，进行数据上面的调控。

以下为刘骏秋演讲实录：

大家好，我是刘骏秋。我在瑞士洛桑联邦理工从事光芯片研发的工作，未来有可能近期加入南方科技大学，在国内做一些氮化硅光芯片方面的研究。首先感谢网易未来大会邀请我来，给大家介绍一下我的研究工作。

我们这个名字叫“人工智能”，我研究的是光芯片和频率梳技术，所以我今天报告的题目是“光芯片、频率梳和人工智能”。我们知道人工智能在算法、商业上面有很多优势，很多嘉宾提到了。我从芯片角度，说一下人工智能算法的加速。

首先简单介绍一下什么是光芯片。大家可能对电芯片非常了解，电芯片本质上在芯片的尺度上利用电子来生成处理和传输信息；光芯片就是把电子换成光子，在芯片的尺度上用光子生成和处理、传输信息。

与电芯片相比，光芯片在诸多领域，通讯、激光雷达、传感、图像分析上面有独一无二的优势。

左下角看到一个表格，比较了电芯片和光芯片表现下的区别。光芯片速率可以达到100G，比电芯片快很多，这样你可以在光的通道上面做更多信息的编码，它可以承载更多的信息，同时功耗比电芯片更小。因为光在传播中不会产生任何热效应，这和电子部一样，还有光和光之间不会有相互作用，不会受背景的电磁干扰。

这是一个光芯片的架构，可以看出光芯片系统比电芯片系统复杂很多，里面有光源、处理器、探测器，经常也会需要用到各种材料之间集成的协同作用。可以看出光芯片非常复杂，作为一个研究组，很少有人能够对整个系统进行架构。

我们最早是研究芯片集成的宽带光源作为起点的，这里我们需要得到一个相关多通道的多宽带光源。

其实我们本质上得到的光源是频率梳，频率梳就是一个宽带光源，它由一根根连续光梳尺组成，每一根梳尺之间的频率差都是恒定的。所以每根梳尺它都可以严格用数学表达式来表示，所以每根梳尺我们知道它的频率，同时可以严格控制下，因此频率梳是测量时间和频率的尺子。在光谱学、精密测量和时间标准上面有广泛应用。

正因如此，2005年诺贝尔物理学奖的一半就被授予了两位科学家。

第一台频率梳它在上世纪90年代被研制成功的，经过20年的发展，现在频率梳基本可以实现商业化。用户可以购买这样一个成熟的商业平台，每个平台的售价大概在30万欧元，还是非常昂贵的。

现如今，频率梳的技术发展向着小型化、集成化方向发展，把成本降低，更多用户可以享受这个技术，并把这个技术用在很多领域里面。

要实现这样的技术，我们需要用到微箱集成的频率梳技术（音），这里我们需要用到光芯片集成的技术。

我们产生频率梳的机制，将光耦合进光学微腔里面，光学微腔具有体积小、品质因子高等特点，光在微腔里面会极大的增强，通过光与物质的相互作用，我们可以通过克尔非线性产生四波混频，就是你输入一束光，就会产生非常多的新的光频率作为出射光。由于动量和能量守恒，每一束光的频率都严格满足频率梳的表达式，所以这个频率梳就被称为“光芯片集成的频率梳光源”。

当构建光芯片的时候，必须要考虑到，第一点用什么材料构建它的当下最主流的三种材料，硅、氮化硅和磷化铟。硅一般用作集成的高速的调制器，也可以用作光点探测器，但是硅没有直接的代系（音），所以不能用硅做激光器，这时间需要用到磷化铟这个材料，但是硅和磷化铟它们两都有一个问题，就是材料的损耗非常大，这时候比较一下你会发现氮化硅是一个损耗非常低的材料。

光损耗对于一切光学研究来讲是最核心的指标参量，它对构建非线性的元件，比如说激光器、探测器，复杂的线行网络来非常重要的。复杂的线行网络，我说的是激光雷达、光神经网络或者是量子计算。

目前集成光学的发展趋势有很多新的材料加入，氮化硅、二氧化硅、氮化铝、铌酸锂、碳化硅、高折射率玻璃、氧化钽、铝镓砷、磷化镓、氮化镓，这里面很多材料是属于第三代半导体的，集成光学的发展现在是多元化，复杂化的趋势。

我简单介绍一下我们做氮化硅超低损耗微纳加工的一些技术。

（编辑：济南站长网）

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