Исследователи Шанхайского института оптики и точной механики Китайской академии наук и Наньянского технологического университета Сингапура разработали оптический процессор с производительностью 2560 TOPS (триллионов операций в секунду) и низкими потерями, работающий на тактовой частоте 50 ГГц. Он основан на технологии параллельной передачи данных через более чем 100 световых каналов. Сообщение об этом опубликовано в журнале eLight.

В оптических вычислениях традиционно применяется одна длина волны. Использование же более 100 длин световых волн повышает производительность обработки потоков данных, не увеличивая размеры или частоту работы самого чипа, позволяет выполнять одновременные векторные операции без пропорционального увеличения энергопотребления.

Разработка китайских специалистов основана на солитонных микрогребенках – сверхминиатюрных кольцевых резонаторах, которые разделяют лазерный луч на переносящие потоки битов спектральные «зубцы». Чтобы решить проблемы спектральной дисперсии и перекрестных помех, исследователи создали физическую модель параллельных оптических вычислений, предложили универсальный метод коррекции ошибок, который повышает согласованность длин волн каналов (wavelength-channel consistency) более чем на 90%, разработали многоканальный источник излучения на основе микрогребенки. Обратное проектирование позволило увеличить стабильности работы и производительность чипа, обеспечив ширину полосы пропускания, превышающую 40 нм, сообщается в публикации.

Производительность оптического процессора в несколько раз превышает возможности графических процессоров Nvidia H100, соответствующие показатели которых, согласно опубликованным данным, варьируются в пределах от 300 до 500 TOPS на тактовой частоте 1-2 ГГц. Энергоэффективность нового чипа — более 3,2 TOPS/Вт.

Предложенные исследователями физические модели и методы коррекции, значительно повышающие согласованность параллельной обработки данных высокой плотности, знаменуют революционный сдвиг в архитектуре и производительности фотонных систем, которые в эпоху «после закона Мура» становятся важнейшими компонентами решения крупномасштабных задач с многомерными данными, включая тензорные операции и сложную обработку изображений. Однако 2560 TOPS — пиковое значение, достижимое в идеальных условиях. Реальные же показатели зависят от оптимизации ПО и архитектуры системы. Дальнейший рост производительности возможен за счет внедрения гибридных оптико-кремниевых решений и квантовых ускорителей, полагают эксперты.