Photon là một hạt cơ bản, là lượng tử (phần tối thiểu, không thể chia nhỏ) của bức xạ điện từ. Nói đơn giản, đó là thứ tạo nên ánh sáng và bất kỳ bức xạ điện từ nào khác (từ sóng radio đến tia X).
thế giới.
Tại sao các nhà vật lý và kỹ sư lại khao khát tạo ra bộ xử lý photon?
Các bộ xử lý silic truyền thống gần như đã chạm trần vật lý (định luật Moore đang chậm lại). Quang tử mang đến những lợi thế mang tính cách mạng:
Tốc độ tuyệt vời: Tín hiệu trong loại bộ xử lý như vậy truyền đi với tốc độ ánh sáng.
Băng thông khổng lồ: Các sóng ánh sáng với bước sóng khác nhau (màu khác nhau) có thể đi qua cùng một kênh quang đồng thời, không bị trộn lẫn và không gây cản trở lẫn nhau. Nhờ đó, có thể thực hiện tính toán song song với các khối lượng dữ liệu cực kỳ lớn.
Tỏa nhiệt tối thiểu: Photon, khác với electron, không có khối lượng nghỉ và không có điện tích. Chúng gần như không làm nóng dây dẫn khi di chuyển. Các siêu máy tính hiện đại tốn hàng megawatt điện năng chỉ để làm mát — các chip quang không gặp vấn đề này.
Các “ông lớn” công nghệ (Quang tử silic)
Các tập đoàn lớn không xây dựng một máy tính hoàn toàn bằng quang học, nhưng họ đang tích cực triển khai quang tử silic (Silicon Photonics) — công nghệ đưa laser và các kênh quang trực tiếp vào bên trong những vi mạch silic quen thuộc.
Intel: Tập đoàn là một trong những đơn vị tiên phong về quang tử silic. Các kỹ sư của Intel đã phát triển chiplet OCI (Optical Compute Interconnect) — một bộ đồng xử lý quang thu nhỏ có thể truyền hàng terabyte dữ liệu giữa các bộ xử lý bằng sợi quang nhờ ánh sáng. Intel đặc biệt ở chỗ họ đã học cách tích hợp laser trực tiếp lên đế silic với quy mô sản xuất công nghiệp.
NVIDIA và Broadcom: Những “ông lớn” này không tự sản xuất transistor quang, nhưng họ đang hợp tác tích cực với các công ty khởi nghiệp. NVIDIA đầu tư vào những công ty như OpenLight để đưa các kết nối quang (Co-Packaged Optics, CPO) vào các kiến trúc AI tương lai của họ, vì các cáp đồng truyền thống đã không còn đáp ứng được lượng dữ liệu khổng lồ trong các trung tâm dữ liệu.
Cisco, IBM và Marvell: Đang phát triển các bộ thu-phát quang tốc độ cao và hạ tầng mạng cho các trung tâm dữ liệu thế hệ mới. Chẳng hạn, gần đây Marvell đã mua lại một công ty lớn trong lĩnh vực quang tử (photonics) là Celestial AI với giá hàng tỷ đô la.
Xu hướng chính:
Ngay lúc này, trên thị trường đang diễn ra một cuộc “chiến tranh về hạ tầng” thực sự. Các bên chơi lớn nhất (Google, Microsoft, Meta) đang mua ồ ạt các module quang của các công ty Coherent và Lumentum để chuyển các trang trại AI của họ từ kết nối bằng đồng sang kết nối bằng ánh sáng. Công nghệ quang tử được đưa vào máy tính “từ phía sau” — trước tiên là thay cáp và bo mạch bằng laser, và chỉ sau đó mới đến lúc thay thế hoàn toàn transistor.
Một máy tính như vậy sẽ mang lại gì cho người dùng bình thường?
1. Thời lượng pin của smartphone và laptop sẽ tăng lên nhiều lần
Hôm nay, kẻ thù chính của pin trong smartphone của bạn là nhiệt. Khi các electron chạy dọc các đường dẫn bằng silic của bộ xử lý, chúng va chạm với điện trở, khiến con chip nóng lên. Năng lượng từ pin gần như tiêu hao ra không khí dưới dạng nhiệt.
Điều gì sẽ thay đổi: Photon không có khối lượng và không có điện tích, nên chúng gần như không tạo ra điện trở khi di chuyển. Các chip quang tiêu thụ ít hơn hàng chục đến hàng trăm lần năng lượng. Một smartphone hay ultrabook mỏng dùng công nghệ quang tử có thể hoạt động từ một lần sạc không chỉ một ngày, mà là cả tuần hoặc hơn.
2. Hoàn toàn yên tĩnh và không bị nóng
Máy tính sẽ chạy mát. Không còn tiếng quạt kêu vo vo, không còn những bộ tản nhiệt cồng kềnh và không còn những chiếc laptop nóng rực đặt trên đùi nữa.
Bạn sẽ có thể chơi các game nặng nhất hoặc chỉnh sửa video ở độ phân giải 8K trên một chiếc máy tính bảng siêu mỏng, và máy vẫn hoàn toàn mát lạnh, không hề ồn ào.
3. Phản hồi tức thì cho các ứng dụng và game “nặng”
Vì ánh sáng di chuyển với tốc độ tối đa trong Vũ trụ, độ trễ (ping và latency) ngay bên trong chính bộ xử lý và giữa các linh kiện của máy tính sẽ gần như bằng không.
Chơi game: Sẽ biến mất các hiện tượng giật micro và độ trễ khi nhập. Game sẽ tải ngay lập tức vì băng thông của các kênh quang cho phép truyền hàng terabyte dữ liệu mỗi giây.
Làm việc với nội dung: Việc xử lý đồ họa, dựng (render) thiết kế 3D phức tạp, và áp dụng các hiệu ứng âm thanh nặng cùng bộ lọc theo thời gian thực sẽ diễn ra mà không có bất kỳ kiểu “đứng khựng” nào của hệ thống.
4. AI cục bộ, thông minh và riêng tư
Hiện tại, khi bạn trò chuyện với một mạng lưới thần kinh phức tạp hoặc tạo nhạc/video, yêu cầu của bạn sẽ được gửi tới một máy chủ từ xa, vì điện thoại hoặc máy tính cá nhân ở nhà của bạn đơn giản là không đủ mạnh. Việc này cần có internet và đặt ra câu hỏi về quyền riêng tư.
Điều gì sẽ thay đổi: Các bộ đồng xử lý quang (như những bộ mà Lightmatter đang làm ngay bây giờ) phù hợp lý tưởng cho toán học của mạng thần kinh. Trong tương lai, một chip quang nằm bên trong PC hoặc điện thoại của bạn sẽ cho phép chạy các mô hình ngôn ngữ và mô hình sáng tạo cực kỳ lớn, vô cùng thông minh ngay trên thiết bị — không cần internet, tức thì và không tốn năng lượng.
5. Dịch vụ đám mây và internet sẽ rẻ hơn và nhanh hơn
Ngay cả khi các bộ xử lý quang chưa đến sớm trong thiết bị tiêu dùng, thì ngay bây giờ chúng đã đang được triển khai trong các trung tâm dữ liệu (các đám mây của Google, Apple, Microsoft).
Với chúng tôi, điều đó có nghĩa là các trò chơi “nặng” trên đám mây (cloud gaming), video streaming với chất lượng cực cao, lưu trữ đám mây và mọi dịch vụ internet sẽ hoạt động nhanh hơn đáng kể, không bị trễ, và các gói đăng ký tiềm năng có thể sẽ rẻ hơn vì các công ty sẽ phải chi ít tiền hơn nhiều cho việc trả phí điện để làm mát máy chủ của họ.
Khi nào thì chờ đợi điều này?
Việc triển khai sẽ diễn ra theo cách “vô hình”:
Ngay bây giờ: Công nghệ quang tử đang tăng tốc internet và các dịch vụ đám mây mà bạn sử dụng mỗi ngày.
Trong 3–5 năm tới: Sẽ xuất hiện các trạm làm việc chuyên nghiệp lai để dựng video, đồ họa và AI chạy cục bộ.
Trong 7–10 năm tới: Công nghệ sẽ đủ rẻ và đủ nhỏ gọn để có mặt trong laptop và smartphone cho người dùng phổ thông.