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运行LLM等人工智能程序的系统面临“带宽瓶颈”，这可能会限制它们在节点之间传输的数据量。 使用光在数据中心和高性能计算机的节点之间发送信息可以增加这些系统的可用带宽，同时降低能耗。
为了克服限制计算系统性能和可扩展性的带宽限制和高能耗，哥伦比亚大学工程学院、Fu Foundation School与应用科学学院的研究人员开发了一种基于Kerr频梳驱动comb-driven的硅光子芯片的数据通信链路，用于数据传输。毫米级硅光子链路使用Kerr 频率梳和波分复用在输入源处获取一种颜色的光，并在输出处产生多种颜色。 光子链路不需要为每个波长的光使用不同的激光器，而是只需要一个激光器即可生成数百个不同的波长，这些波长可以同时传输独立的数据流。
使用Kerr频率梳允许通过独立的波长发送清晰的信号，使得硅光子芯片能够通过光纤电缆传输大量数据，连接的节点可能相隔超过1公里。该系统可以大规模扩展到数百个波长通道，能够支持未来超大型数据中心的并行光互连。
为了构建光子链路，研究人员将所有光学组件微型化到每个边长大约几毫米的芯片上，用电气数据对其进行编码，并在目标节点将光学数据转换回电信号。该链路具有光子电路结构，使得每个通道都能够独立地编码数据，且与相邻通道的干扰最小化，以防止以不同颜色发送的信号混淆，并使接收器难以将其转换回电子数据。
在实验中，研究人员针对32 个不同波长的光以每个波长 16 Gbit/s 的速度传输，证明单光纤总带宽为 512 Gbit/s，传输的 1 万亿比特数据中的错误率不到 1 位。 传输数据的硅芯片尺寸仅为 4 × 1 mm，接收光信号并将其转换为电信号的芯片尺寸仅为 3 × 1 mm。
研究人员Anthony Rizzo 表示：“虽然我们在原理验证演示中使用了 32 个波长通道，但我们的架构可以扩展以容纳 100 多个通道，这完全在标准 Kerr 频梳设计的范围内。”
研究人员还通过实验证实，与相同波长的可调连续波激光源相比，所产生的频梳线的 power penalty可以忽略不计，表明每个tone与来自激光阵列的独立连续波载波相同。
由于其紧凑的特性，硅光子芯片可以直接与计算机电子芯片进行接口连接。这减少了节点间数据传输过程中的能量消耗，因为电气数据信号仅在毫米级范围内传播，而不是在几十厘米范围内传播。这些芯片可以通过与制造标准消费级笔记本电脑或手机中的微电子芯片相同的设施进行制造，使得大规模扩展和实际部署更加简单。
“我们的方法比类似的方法更紧凑和节能，”Rizzo说道。“它也更便宜、更容易扩展，因为硅氮化物频梳发生芯片可以在标准CMOS工厂中制造，这些工厂通常用于制造微电子芯片.
可扩展的基于Kerr频梳驱动的硅光子链路可以在不成比例增加能源消耗的情况下，使系统传输指数级更多的数据。它代表了一种有前景、切实可行的方法，使数据中心互连能够扩展到数百个波长通道，使未来的芯片间链接能够以低能耗运行，达到多Tbit/s的传输速率。
哥伦比亚工程学院团队的下一步工作将是将光子学与芯片尺寸的驱动和控制电子器件集成，进一步微型化系统。
该研究还展示了Kerr频梳作为光互连源的优点，将其确立为在下一代数据中心和高性能计算机中实现节点间集成的实用方法。
来源：YoYo酱慢谈
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