我国成功研制世界首款光子时钟芯片 提升信息处理速度100倍

芯片的信息处理需要做好时间调控，调控的速度与精准度直接决定了芯片的性能。北京大学常林研究团队与中国科学院空天信息创新研究院合作，成功开发出世界首款光子时钟芯片，可将芯片上的时间调控速度提升100倍，从而极大提升未来智能计算、6G通信、空天遥感等一系列现实应用的性能。相关成果发表于《自然·电子学》。

传统芯片要产生高速的信息处理能力，通常需基于电子振荡器来产生时钟信号。但这种方案速度并不理想，且会消耗大量功率，产生较高热量。一个芯片往往只能产生一定频率范围内的时钟，导致不同应用如6G、车载毫米波雷达、GPU等需要完全不同的芯片制造技术，从而大大增加成本。而新开发的光子芯片技术“以光为媒”，通过光子产生时钟信号。光比电快得多，因此用光子时钟处理信息速度更快。

该芯片之所以能研制成功，关键在于对“光频梳”技术的改进。过去这一技术只能依靠昂贵的设备实现，一台售价几百万元且依赖进口。现在他们成功实现了“光频梳”技术的芯片化，通过在芯片上构建类似跑道形状的环，让光在其中以光速不断“奔跑”。每跑一圈的时间可以作为片上时钟的标准，由于这一时间非常短，通常为1秒的几十亿分之一，因此光子时钟能以超高速进行时间调控。

通过这种方案，可以基于光来进行芯片上的信息传输与处理，从而极大提升传统芯片的性能。实验中发现，一个芯片就能覆盖目前所有微波频段的时钟，这意味着这款芯片可以支持从5G到6G甚至更高速度的手机通信，避免了每次升级通信方案就需要更新硬件的问题。

这项技术还能提升计算的主频。目前无论是GPU还是CPU，主频一般都在2—3GHz，而该团队实现的时钟频率已超过100GHz。这相当于在更短时间内可以进行更多次计算，为人工智能发展提供更强算力。