随着人工智能、云计算和高性能数据中心持续推高全球对更快算力的需求，研究人员正越来越多地把目光投向传统电子技术之外。
麻省理工学院（MIT）的一个团队认为，答案可能在于更高效地集成电子芯片与光子芯片。这一难题长期拖慢了下一代光计算的落地。
借助 FUTUR-IC 研究项目，麻省理工公布了一系列进展。这些成果有助于未来微芯片以超过 1 Pbit/s（petabit/s 相当于1000Tb/s 或1,000,000 Gb/s（100 万 Gb/s））的速率传输数据，同时显著降低能耗。工作重点是新型器件：简化以电处理信息的电子学，与以光传输信息的光子学之间的集成。
据研究人员称，这些技术还可使用现有半导体制造设备生产，因而更利于大规模采用。
破解硅光集成的一大瓶颈
多年来，工程师一直把共封装光学（co-packaged optics）视为提升服务器与高性能计算系统内部数据传输最有前景的路径之一。
与电互连相比，光通信能耗低得多。随着数据中心为支撑 AI 负载和云服务不断扩张，这一优势愈发吸引人。然而，把光子芯片与传统电子处理器集成，在技术上仍然很难，成本也居高不下。
麻省理工的 FUTUR-IC 项目正试图应对这一挑战：开发能简化光学封装的组件。最新进展中包括两种新型光耦合器——倏逝波耦合器（evanescent coupler）和渐变折射率（GRIN）耦合器，用于在光子器件之间更高效地传光。
团队还提到了第三种耦合器，此前由胡珏钧（Juejun Hu）教授团队研发。
研究人员称，这些器件相当于首批“光学焊球”：对应今天连接电子芯片的细小金属焊球。它们不传电信号，而是在光子组件之间传光，有望让未来的电—光封装更易于组装与制造。
光子技术为何重要
电信号在数据速率升高时，电阻与功耗损耗会随之加大；光通信则能以显著更低的能耗传输海量信息。
据 FUTUR-IC 主任 Anu Agarwal 介绍，项目的长期目标是把数据传输从当前的每秒数百太比特，推进到超过 1 Pb/s。研究组认为，以电子学主要承担计算、以光子学承担通信，可大幅降低未来计算基础设施的能耗需求。
这一需求正变得越来越紧迫。随着 AI 模型规模变大、云服务继续扩张，数据中心预计将消耗全球电力中越来越大的份额。在半导体业内，光子集成被普遍视为在不按比例抬升功耗的前提下提升带宽的最有前景路径之一。
不同应用，不同耦合器
麻省理工的研究者并没有只做一种“万能方案”，而是针对不同需求开发了多种光耦合路径。GRIN 耦合器的波长兼容性更宽，可覆盖更广的光信号范围。
倏逝波耦合器则更易制造，也能布得更密，适合在有限面积内需要大量光连接的应用。研究人员认为，未来的电—光系统很可能需要多种耦合技术并存，各自在制造复杂度、光学效率与集成密度之间做不同取舍。
不止于芯片设计
FUTUR-IC 的范围超出半导体硬件本身。项目还推出了建模平台 Earthster，帮助企业评估半导体制造的环境影响：识别产品全链条中的能耗、材料消耗与碳排放热点。
与此同时，该倡议还通过在线课程、集训营和教学资源开展人才培训，内容聚焦半导体资源效率。
这些技术距离商业部署仍有一段路。但研究针对的是行业最顽固的难题之一：如何把光子学与传统电子学高效集成起来。
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