成立三年就完成五輪融資，在其他初創(chuàng)企業(yè)還在為融資頭疼的階段，它被頭部VC、國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭、上海蘇州兩地國(guó)資基金等三類資本爭(zhēng)相投資，沙特工業(yè)部部長(zhǎng)班達(dá)爾·胡萊夫主動(dòng)向其尋求訂單和資本層面的合作，它是位于浦東張江的光本位科技，2024年研發(fā)出全球首顆達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)的128×128矩陣規(guī)模光計(jì)算芯片。近日，它又宣布了一則令GPU、TPU產(chǎn)業(yè)界“炸鍋”的消息，選擇用玻璃代替硅作為光計(jì)算芯片的襯底，此舉將讓AI計(jì)算直接繞過(guò)算力增長(zhǎng)依賴先進(jìn)制程、高算力必定伴隨高能耗等困擾進(jìn)入“千POPS級(jí)算力和千TOPS/W能效比”時(shí)代。

在剛剛過(guò)去的12月，光本位科技在沙特工業(yè)轉(zhuǎn)型展上展示的光計(jì)算產(chǎn)品被班達(dá)爾·胡萊夫盛贊為“比世界上現(xiàn)有的頂尖電計(jì)算產(chǎn)品更能代表AI計(jì)算的未來(lái)”，并邀請(qǐng)光本位科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)熊胤江圍繞未來(lái)全方位合作召開(kāi)閉門交流會(huì)議。包括埃及阿爾馬斯里報(bào)、美聯(lián)社、NBC、雅虎財(cái)經(jīng)、晨星、英國(guó)AI雜志和科技雜志等在內(nèi)的700多家海外媒體對(duì)此事進(jìn)行了報(bào)道。

光本位科技研發(fā)的光計(jì)算產(chǎn)品主要用于AI推理場(chǎng)景，預(yù)計(jì)到 2030 年推理將占 AI 計(jì)算總量的 75%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 2550 億美元，推理市場(chǎng)目前是谷歌 TPU、Groq LPU 等的天下，英偉達(dá)在能效比上不具優(yōu)勢(shì)。最近，初創(chuàng)公司Groq專為 AI 推理場(chǎng)景設(shè)計(jì)的 LPU因其“運(yùn)行大語(yǔ)言模型的速度可達(dá) GPU 的 10 倍，能耗卻只有十分之一”而惹急了英偉達(dá)，花200 億美元與Groq達(dá)成非排他性推理技術(shù)許可協(xié)議，通過(guò)這種方式英偉達(dá)可以在不直接購(gòu)買的情況下獲得Groq的人才和技術(shù)。

除了玻璃光計(jì)算芯片，光本位科技還提出基于玻璃光計(jì)算打造下一代全光計(jì)算系統(tǒng)，即整個(gè)AI計(jì)算任務(wù)都通過(guò)光計(jì)算完成，算力、能效比、計(jì)算效率的天花板將同時(shí)被打破，無(wú)獨(dú)有偶，上海交通大學(xué)近期也在全光計(jì)算芯片領(lǐng)域取得突破。產(chǎn)業(yè)與學(xué)術(shù)的共鳴，清晰地指向一個(gè)問(wèn)題：這是否意味著AI計(jì)算正在加速邁向“全光時(shí)代”，一場(chǎng)可能顛覆以英偉達(dá)為首的全球AI計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)格局的“新能源汽車”式科技和產(chǎn)業(yè)革命正式拉開(kāi)序幕？

1400倍算力，200倍能效比，存儲(chǔ)6.5億個(gè)計(jì)算單元

在此之前，包括光本位科技在內(nèi)的世界主流光計(jì)算公司都選擇以硅為襯底制造光計(jì)算芯片，這是因?yàn)楣韫馄脚_(tái)與現(xiàn)有CMOS工藝之間幾乎無(wú)縫兼容，但純硅調(diào)制存在諸多局限性，因此矩陣規(guī)模從64×64擴(kuò)大至128×128足足間隔了三年，而打破這個(gè)瓶頸的正是將相變材料與硅光異質(zhì)集成用于光計(jì)算芯片的光本位科技。

光本位科技聯(lián)合創(chuàng)始人程唐盛曾在牛津大學(xué)攻讀材料科學(xué)與工程博士，期間帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了新型相變材料，并實(shí)現(xiàn)了相變材料光芯片大規(guī)模集成。為什么光本位科技選擇用玻璃代替硅再次掀起科技革命？在程唐盛看來(lái)這是要讓光計(jì)算產(chǎn)品在性能上遠(yuǎn)超世界上現(xiàn)有用于AI推理場(chǎng)景的主流電計(jì)算產(chǎn)品，只有這樣AI計(jì)算才會(huì)迎來(lái)“光的時(shí)代”。

玻璃擁有平整性、熱穩(wěn)定性、寬光譜透明特性、與光波導(dǎo)工藝兼容性等特點(diǎn)，因此被視為半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展過(guò)程中取代硅中介層和有機(jī)基板的最佳材料，英偉達(dá)、英特爾、三星、AMD等海外巨頭都在通過(guò)引入玻璃提升產(chǎn)品性能。受限于光刻機(jī)的最大光罩尺寸，當(dāng)前硅光平臺(tái)可設(shè)計(jì)的光計(jì)算芯片最大尺寸為32mm×25mm，如若進(jìn)一步提升面積，后續(xù)每一次迭代的設(shè)計(jì)和工藝難度持續(xù)增長(zhǎng)。用玻璃作為光計(jì)算芯片的襯底，通過(guò)納米壓印工藝，可以在保持芯片精度的同時(shí)突破已有硅光平臺(tái)的曝光尺寸限制，從而容納更多的計(jì)算單元，實(shí)現(xiàn)單顆芯片算力的提升，并且在后續(xù)制備更大尺寸的芯片時(shí)更易解決材料翹曲、波導(dǎo)損耗等問(wèn)題，極大減輕產(chǎn)品迭代的設(shè)計(jì)和工藝難度。

據(jù)程唐盛介紹，200mmx200mm的玻璃光計(jì)算芯片算力可達(dá)2600POPS，是谷歌TPU的1400倍，是英偉達(dá)H200（非稀疏化）的1300倍，根據(jù)AI推理市場(chǎng)需求和工藝發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)芯片尺寸仍有數(shù)倍擴(kuò)大空間。

能效比方面，光本位科技利用相變材料的非易失性實(shí)現(xiàn)了光計(jì)算芯片零靜態(tài)功耗，只需一次電驅(qū)動(dòng)即可執(zhí)行完一個(gè)AI計(jì)算任務(wù)。由于玻璃的非線性光學(xué)效應(yīng)極弱，因此光的波導(dǎo)傳播損耗極低，在芯片設(shè)計(jì)時(shí)可選擇小功率的激光器，此外玻璃在介電損耗、透光率、平整性、熱穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢(shì)也能進(jìn)一步降低芯片功耗。程唐盛預(yù)測(cè)，200mm×200mm玻璃光計(jì)算芯片的能效比可以超過(guò)1000TPOS/W，相當(dāng)于TPU的200倍以上。

玻璃光計(jì)算芯片還可以解決AI大模型面臨的內(nèi)存困局。光本位科技利用相變材料的非易失性實(shí)現(xiàn)了光芯片的存算一體，芯片的計(jì)算單元即是存儲(chǔ)單元，可以存儲(chǔ)AI計(jì)算的各種參數(shù)，打破了馮·諾依曼體系中的內(nèi)存墻，芯片存儲(chǔ)的參數(shù)量取決于計(jì)算單元的規(guī)模。而玻璃光計(jì)算芯片能夠存儲(chǔ)更多的AI計(jì)算參數(shù)，200mm×200mm玻璃光計(jì)算芯片可以存儲(chǔ)6.5億個(gè)計(jì)算單元。每一個(gè)token將以光速完成計(jì)算，無(wú)需反復(fù)讀取模型參數(shù)，并且零靜態(tài)功耗。

玻璃光計(jì)算是實(shí)現(xiàn)全光計(jì)算的更好路徑？

據(jù)程唐盛透露，目前光本位科技已驗(yàn)證完畢光波導(dǎo)等光學(xué)器件在玻璃上的制備工藝，波導(dǎo)損耗已優(yōu)化至低于硅光平臺(tái)水平，同步開(kāi)展了大規(guī)模陣列樣品制備以及相變材料的工藝優(yōu)化，并且打通了上下游產(chǎn)業(yè)鏈，上游與納米壓印等廠商聯(lián)合優(yōu)化工藝，下游與大型企業(yè)形成研發(fā)應(yīng)用雙向反饋機(jī)制。之所以在材料與制造上不斷尋求突破，光本位科技的終級(jí)目標(biāo)是將玻璃光計(jì)算芯片直接封裝為超高性能全光計(jì)算系統(tǒng)，從而獲得下一代AI計(jì)算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的定義權(quán)。

全光計(jì)算系統(tǒng)是什么？即讓光信號(hào)在光域內(nèi)部實(shí)現(xiàn)反復(fù)計(jì)算與動(dòng)態(tài)暫存，改變光計(jì)算只能作為“單個(gè)計(jì)算核心”的現(xiàn)狀，令玻璃光計(jì)算芯片成為直接運(yùn)行完整模型的AI計(jì)算平臺(tái)。

發(fā)展全光計(jì)算已經(jīng)成為全球?qū)W術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)，它的核心意義是突破電計(jì)算的能耗與散熱瓶頸，使超高算力與超低能耗得以兼顧。在玻璃光計(jì)算之前，全光計(jì)算有兩種主要的實(shí)現(xiàn)思路，一種是在光上實(shí)現(xiàn)與晶體管的與或非門類似的光學(xué)邏輯門，這種方式需要具備直接帶隙特性的三五族平臺(tái)，由于光學(xué)器件的特性，晶體管密度相較CMOS沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，一種是利用光學(xué)的干涉、折射、衍射等特性實(shí)現(xiàn)感存算一體，將光傳感采集的光信號(hào)直接輸入到計(jì)算單元中進(jìn)行計(jì)算輸出結(jié)果，這種方式不能實(shí)時(shí)地控制每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的參數(shù)，使得場(chǎng)景較為固化。而玻璃光計(jì)算芯片計(jì)算核心內(nèi)部的參數(shù)均可根據(jù)不同模型與需求進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，應(yīng)用場(chǎng)景更全面更靈活，此外由于全光計(jì)算還需要實(shí)現(xiàn)非線性運(yùn)算等不同的計(jì)算，而不同的計(jì)算需要不同的材料或方案實(shí)現(xiàn)，將具備表面平整、熱膨脹系數(shù)低、翹曲率低等特性的玻璃作為襯底，更容易將不同平臺(tái)的芯片集成在一起，從而實(shí)現(xiàn)全光計(jì)算。

對(duì)于光計(jì)算的未來(lái)，程唐盛認(rèn)為，玻璃光計(jì)算芯片將改變當(dāng)今光計(jì)算產(chǎn)品的“電主光輔”架構(gòu)，形成“光電融合，以光為主”甚至“全光”的計(jì)算集群架構(gòu)，而光本位科技的“星辰大�！笔菫椴煌愋陀脩籼峁┤珗�(chǎng)景覆蓋的全棧光計(jì)算解決方案，小到給C端用戶提供50P+算力的玻璃光計(jì)算盒子，等同于一個(gè)家用小型數(shù)據(jù)中心，可以驅(qū)動(dòng)人形機(jī)器人等，也可以為大模型公司等提供500P+算力的“光算+光連”方案，甚至可以為政府或者大型企業(yè)通過(guò)“光算+光連+光傳”方案建設(shè)一個(gè)5000P+算力的大型數(shù)據(jù)中心。屆時(shí)，包括光本位科技在內(nèi)的中國(guó)企業(yè)有望贏得這場(chǎng)改寫全球AI計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)格局的“新能源汽車”式科技和產(chǎn)業(yè)革命。