Tạm biệt Silicon: Trung Quốc vén màn ‘LightGen’ – chip quang tử thách thức Nvidia và phá vỡ ‘bức tường nhiệt’

Hệ sinh thái công nghệ toàn cầu đang đứng trước một cuộc khủng hoảng hạ tầng thầm lặng nhưng khó tránh khỏi, bị thúc đẩy bởi “cơn khát” tính toán vô độ của trí tuệ nhân tạo tạo sinh. Khi các mô hình ngôn ngữ lớn vươn tới hàng nghìn tỷ tham số, sự phụ thuộc lịch sử vào silicon đang đẩy vật lý vật liệu đến giới hạn chịu đựng cuối cùng. Vấn đề không còn chỉ nằm ở sức mạnh thô cần thiết để huấn luyện các mô hình này, mà là nút thắt cổ chai nghiêm trọng trong giai đoạn suy luận: việc sử dụng hàng ngày và ồ ạt các công cụ này để tạo văn bản, âm thanh và video đang tiêu tốn một lượng năng lượng khổng lồ. Ngày nay, chỉ cần tạo ra một nghìn hình ảnh bằng AI cũng để lại dấu chân carbon tương đương với việc lái một chiếc xe xăng đi hơn sáu km – một thực tế đang đe dọa xóa bỏ mọi nỗ lực về năng lượng tái tạo.

Ngành công nghiệp bán dẫn đang đâm phải một bức tường không thể vượt qua: Nhiệt độ. Trong nhiều thập kỷ, Định luật Moore cho phép nhân đôi sức mạnh bằng cách thu nhỏ bóng bán dẫn (transistor), nhưng khi chạm đến quy mô nanomet đơn vị, kiến trúc điện tử truyền thống tạo ra điện trở nhiệt không thể kiểm soát. Sự di chuyển của các electron qua đồng và silicon sinh ra nhiệt lượng làm suy giảm phần cứng và đòi hỏi các hệ thống làm mát bằng chất lỏng khổng lồ. Hơn nữa, kiến trúc von Neumann cổ điển tạo ra vấn đề về độ trễ được gọi là “bức tường bộ nhớ”, nơi dữ liệu tốn nhiều thời gian và năng lượng để di chuyển giữa bộ xử lý và bộ nhớ hơn là cho chính việc tính toán. Để duy trì đà tiến tới Trí tuệ Nhân tạo Tổng quát (AGI), ngành công nghiệp cần một sự thay đổi mô hình triệt để: từ bỏ electron và đón nhận photon.

You May Also LikeSamsung Galaxy Tab S11: lựa chọn thay thế thuyết phục nhất của Samsung trước iPad Pro

Điện toán quang tử nổi lên như một giải pháp thay thế tất yếu, thay đổi chính môi trường vật lý của việc xử lý thông tin. Khác với chip điện tử phụ thuộc vào các bóng bán dẫn bật tắt sinh nhiệt, chip quang học tận dụng các đặc tính vốn có của ánh sáng. Photon không có khối lượng cũng không mang điện tích, chúng có thể di chuyển qua các ống dẫn sóng mà không tạo ra điện trở hay nhiệt, từ đó loại bỏ nhu cầu làm mát quy mô lớn. Ngoài ra, chúng cho phép khả năng xử lý song song chưa từng có thông qua kỹ thuật ghép kênh phân chia bước sóng, nơi nhiều luồng dữ liệu được xử lý đồng thời trong cùng một kênh vật lý bằng cách sử dụng các màu ánh sáng khác nhau.

Tại một cột mốc quan trọng đánh dấu bước ngoặt cho ngành kỹ thuật bán dẫn, các nhà nghiên cứu từ Đại học Giao thông Thượng Hải và Đại học Thanh Hoa đã trình làng “LightGen”. Được mô tả chi tiết trong một nghiên cứu gây chấn động cộng đồng khoa học, bộ xử lý hoàn toàn bằng quang tử này là thiết bị đầu tiên có khả năng chạy các mô hình AI tạo sinh lớn với hiệu suất mà phần cứng silicon không thể chạm tới. Vượt qua các giới hạn lịch sử về mật độ quang học, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Chen Yitong dẫn đầu đã tích hợp thành công hơn hai triệu “nơ-ron” quang tử vào một thiết bị chỉ rộng 136,5 mm², sử dụng các kỹ thuật đóng gói 3D tiên tiến. Điều này nâng tầm điện toán quang học từ một sự tò mò trong phòng thí nghiệm lên thành một hệ thống chức năng có khả năng thực hiện các tác vụ phức tạp.

Cuộc cách mạng thực sự của LightGen nằm ở khả năng xử lý hình ảnh một cách toàn diện, tránh tình trạng phân mảnh kỹ thuật số. Các đơn vị xử lý đồ họa (GPU) truyền thống, như của Nvidia, buộc phải chia nhỏ hình ảnh thành hàng nghìn mảnh (patch) để xử lý, làm phá vỡ các mối quan hệ thống kê quan trọng và tiêu tốn bộ nhớ quá mức. Ngược lại, LightGen sử dụng một “Không gian Tiềm ẩn Quang học”. Thông qua các siêu bề mặt nhiễu xạ siêu mỏng, con chip nén và xử lý thông tin hình ảnh hoàn chỉnh bằng cách điều biến ánh sáng liên tục trong miền analog. Cách tiếp cận này bảo toàn tính toàn vẹn của dữ liệu và loại bỏ các nút thắt cổ chai trong chuyển đổi analog-sang-số vốn làm chậm thị giác máy tính thông thường.

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm định vị LightGen là một thế lực đột phá đối với sự thống trị hiện tại của silicon. Trong các tác vụ phức tạp như tạo hình ảnh ngữ nghĩa và kết xuất không gian 3D, nguyên mẫu LightGen đã chứng minh hiệu quả năng lượng và tốc độ tính toán cao gấp hơn 100 lần so với GPU Nvidia A100. Mặc dù Nvidia sau đó đã ra mắt các kiến trúc tiên tiến hơn như Blackwell B200 với những cải tiến đáng kể, vật lý cơ bản vẫn ủng hộ quang học về lâu dài: trong khi silicon vật lộn để quản lý nhiệt và độ trễ, quang tử hoạt động với sự tản nhiệt không đáng kể và băng thông lý thuyết gần như vô hạn.

Bước tiến này không thể tách rời bối cảnh “cuộc chiến chip” và chiến lược tự chủ công nghệ của Trung Quốc. Trước các lệnh hạn chế xuất khẩu của Hoa Kỳ nhằm ngăn chặn quyền tiếp cận máy quang khắc cực tím (EUV) và GPU tiên tiến, Bắc Kinh đã buộc phải tìm kiếm con đường đổi mới song song. LightGen chứng minh rằng việc né tránh các nút thắt trong quang khắc silicon là hoàn toàn khả thi: chip quang tử không nhất thiết yêu cầu các bóng bán dẫn kích thước dưới nanomet, cho phép sản xuất các bộ tăng tốc tiên tiến bằng các thiết bị cũ hơn và dễ tiếp cận hơn. Cùng với chip ACCEL của Thanh Hoa và những tiến bộ trong tính toán lượng tử quang học, Trung Quốc đang xây dựng một hệ sinh thái “tính toán dị thể” được thiết kế để vượt qua sự phong tỏa của phương Tây.

Xu hướng chuyển dịch sang ánh sáng là một hiện tượng toàn cầu vượt qua mọi biên giới, với những tiến bộ quan trọng trong khoa học vật liệu cũng đang diễn ra tại Châu Âu. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Edinburgh đã thành công trong việc ổn định hợp kim Germanium và Thiếc (GeSn), cho phép phát xạ ánh sáng hiệu quả và tương thích với các quy trình sản xuất silicon hiện có. Bước đi này giải quyết một trong những trở ngại lịch sử lớn nhất: tạo ra laser và các thành phần quang học vi mô trực tiếp trên chip, một bước thiết yếu để thương mại hóa hàng loạt các bộ xử lý như LightGen.

Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi từ phòng thí nghiệm sang sản xuất thương mại hàng loạt phải đối mặt với những thách thức khổng lồ. Việc mở rộng quy mô các hệ thống này đòi hỏi phải xử lý độ nhạy cảm với nhiễu môi trường và khó khăn trong việc chế tạo hàng triệu thành phần quang học với độ chính xác tuyệt đối. Cơ sở hạ tầng đúc chip cho quang tử vẫn còn non trẻ so với sự trưởng thành của ngành silicon, và Nvidia vẫn duy trì một “hào bao” thương mại to lớn nhờ hệ sinh thái phần mềm CUDA. Các nhà phân tích cảnh báo rằng, mặc dù nền tảng vật lý rất vững chắc, việc gọi LightGen là “kẻ hủy diệt Nvidia” ngay lập tức là quá sớm. Dẫu vậy, nếu các xưởng đúc của Trung Quốc có thể hoàn thiện các quy trình sản xuất này bên ngoài tầm kiểm soát xuất khẩu của phương Tây, cán cân địa chính trị về sức mạnh tính toán có thể thay đổi không thể đảo ngược.

Tương lai của điện toán, bị chi phối bởi các giới hạn vật lý của vũ trụ, dường như sẽ được viết bằng ánh sáng. Mặc dù chip điện tử sẽ duy trì sự thống trị thương mại trong ngắn hạn, nhưng sự thiếu bền vững về năng lượng của AI và nhu cầu về trí tuệ tổng quát đa phương thức đang đẩy ngành công nghiệp về phía quang học một cách tất yếu. LightGen là bằng chứng cho thấy sự độc quyền của silicon không phải là vĩnh cửu, và cuộc cách mạng phần cứng vĩ đại tiếp theo đã thực sự bắt đầu.

More Like This

Endflame công bố Silent Road: Tựa game kinh dị tâm lý lấy bối cảnh Nhật Bản

Destiny 2 hé lộ màn hợp tác cùng Lucasfilm Games trong bản mở rộng Renegades

Pixel Maniacs và PM Studios công bố ChromaGun 2: Dye Hard, tựa game giải đố dựa trên màu sắc

FLOW Digital Infrastructure Bắt đầu Xây dựng Khuôn viên Trung tâm Dữ liệu Lớn tại Trung tâm Tokyo

Buổi Gọi Hồn Bằng Thuật Toán: Nỗi Đau, Chủ Nghĩa Dữ Liệu và Cái Chết của Sự Hữu Hạn

Hexstrike-AI: Bình Minh Của Kỷ Nguyên Khai Thác Lỗ Hổng Zero-Day Tự Động