加州理工學(xué)院的研究人員近日取得了一項(xiàng)突破性進(jìn)展，他們成功研發(fā)出一款全光學(xué)計(jì)算機(jī)，其時(shí)鐘速度超過了100 GHz。這一創(chuàng)新技術(shù)預(yù)示著實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理行業(yè)或?qū)⒂瓉矸旄驳氐淖兓?，引領(lǐng)超快計(jì)算的新紀(jì)元。
長久以來，盡管電子計(jì)算機(jī)的性能在摩爾定律的推動(dòng)下持續(xù)指數(shù)級增長，且并行系統(tǒng)架構(gòu)日益增多，但計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘頻率卻始終徘徊在5 GHz左右，近20年來未見顯著提升。然而，這一僵局如今已被加州理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)打破。
研究團(tuán)隊(duì)通過提出并實(shí)驗(yàn)演示了一種基于端到端和全光學(xué)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方法，該方法充分利用了線性和非線性光學(xué)操作的超快特性，同時(shí)摒棄了電子操作。這款全光計(jì)算機(jī)能夠在光域內(nèi)以超過100 GHz的時(shí)鐘速率執(zhí)行線性運(yùn)算、非線性函數(shù)以及存儲操作，實(shí)現(xiàn)了前所未有的速度與效率。
該全光計(jì)算機(jī)的核心在于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光學(xué)實(shí)現(xiàn)。它完全在光域內(nèi)運(yùn)行，借助激光脈沖來處理數(shù)據(jù)。其中，光學(xué)腔作為關(guān)鍵組件，既充當(dāng)存儲器又承擔(dān)計(jì)算層的角色。在這里，光信號以驚人的速度（由激光脈沖頻率決定）進(jìn)行再循環(huán)和操縱，從而實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)處理。
全光計(jì)算機(jī)的這種架構(gòu)使其在執(zhí)行信號分類、時(shí)間序列預(yù)測和圖像生成等任務(wù)時(shí)展現(xiàn)出無與倫比的速度和效率。相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，光學(xué)方法成功消除了數(shù)據(jù)傳輸和功率密度方面的瓶頸，為超快計(jì)算提供了全新的可能。
光學(xué)腔作為存儲器和計(jì)算層的雙重角色，進(jìn)一步提升了全光計(jì)算機(jī)的性能。光信號在光學(xué)腔內(nèi)的快速再循環(huán)和操縱，使得數(shù)據(jù)處理速度得以大幅提升。這一創(chuàng)新不僅突破了傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的局限，更為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域帶來了革命性的變化。
然而，盡管全光計(jì)算機(jī)在性能上取得了顯著突破，但其目前仍面臨集成和規(guī)?；a(chǎn)的挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)正致力于將這項(xiàng)技術(shù)整合到使用先進(jìn)材料（如薄膜鋰酸鹽）的緊湊、可擴(kuò)展系統(tǒng)中。盡管將100 GHz全光學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于消費(fèi)者領(lǐng)域尚需時(shí)日，但這一創(chuàng)新無疑為超快計(jì)算的發(fā)展開辟了廣闊的前景。
加州理工學(xué)院的這一研究成果不僅為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理行業(yè)帶來了希望，更為全球科技界注入了新的活力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展，全光計(jì)算機(jī)有望在未來成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的重要力量。
