## 第六章 · 认清瓶颈

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### 6.1 推理成本

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林越说到做到。

一周后，三个大箱子寄到了福满楼。

曦菲签收的时候，快递小哥看了一眼面单上的寄件人——"远行者科技有限公司"——又看了一眼收件地址——"福满楼饭馆"——脸上露出了一种困惑的表情。

"科技公司往饭馆寄东西？"

"嗯，寄的是菜谱。"曦菲面无表情地说。

快递小哥"哦"了一声，走了。

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她等唐老板娘打烊、小芳上楼睡觉之后，才把箱子搬进后厨。

第一个箱子里是一台半导体激光器，波长1550纳米，功率可调，看起来是实验室退役的旧设备，外壳有几道划痕，但林越在箱子里塞了一张纸条："校准过了，能用。"

第二个箱子里是光学平台——不是那种带气浮减震的大平台，是一块厚钢板，上面打了螺纹孔，可以安装光学元件。配套的还有几个反射镜、分束器、偏振控制器和一套光纤耦合器。

第三个箱子里是探测器——一台红外功率计和一台示波器，都是旧的，但能测光信号。

曦菲把东西一件一件摆出来，铺满了后厨的两张备菜台。唐老板娘的菜刀和案板被她推到了角落。

她站在这些东西面前，深吸一口气。

后厨的灯光是那种便宜的日光灯管，嗡嗡响着，照得所有东西都发白发冷。但在她眼里，这些旧设备比任何东西都亮。

她拿起激光器，翻过来看了看铭牌。1550nm。这是光纤通信常用的波段，也是硅光芯片最常用的波长。

她拿起一块分束器。透明的，像一片玻璃，但表面镀了膜，能把一束光分成两束。

她拿起示波器的探头。探头尖很细，像一根针。

她忽然想起爷爷的工具箱——爷爷以前修东西的时候，有一个旧工具箱，里面有螺丝刀、钳子、电表。爷爷修东西的时候很慢，每一步都仔细，像在做一件很郑重的事。

现在她也有了自己的工具箱。

只不过工具不一样了。

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她开始做第一个实验。

实验很简单——验证相变材料能不能在光域实现基本的存储和读取功能。

她需要相变材料。GST薄膜不是随便能买到的，但林越帮她联系了一所大学的实验室，对方愿意提供几片镀了GST薄膜的硅片样品。巴掌大小，薄得像蝉翼，装在密封袋里寄过来的。

她把硅片样品固定在光学平台上——用的是一个简易的三维位移台，可以微调样品的位置和角度。

然后她开始搭光路。

激光器发出一束1550纳米的红外光——人眼看不见，但探测器能测到。光束先经过一个分束器，分成两路：一路作为"写入光"，高功率，用来加热GST薄膜使其相变；另一路作为"读取光"，低功率，用来检测薄膜的透射率变化。

两路光通过光纤引导到硅片样品上。读取光经过样品后进入探测器，探测器连接示波器，示波器上会显示光信号的变化。

她花了三个小时搭光路。

光路对准是最难的部分。激光器发出的光要耦合进光纤，光纤出来的光要打在GST薄膜上，角度偏差几度，光就打偏了。她没有精密的对准设备，只能靠手动调，调一次，看示波器上的信号，不对，再调，再看，再调——

反复了几十次。

凌晨两点，她终于把光路对准了。

示波器上出现了一条平直的线——读取光穿过GST薄膜后的功率。0.8毫瓦。这是GST在非晶态时的透射功率。

然后她打开写入光。

写入光的功率调到了30毫瓦——足够把GST从非晶态加热到晶态。

她等了三秒。

然后关掉写入光。

再用读取光照射。

示波器上的线跳了——从0.8毫瓦跳到了0.3毫瓦。

**透射率变了。**

GST薄膜从非晶态变成了晶态。晶态的折射率更高，透射率更低。读取光检测到了这个变化。

**她用光写了一个比特。然后用光读出来了。**

曦菲盯着示波器上那条跳变的线，手指微微发抖。

不是紧张。是那种——你站在一个很大很大的门口，门刚刚开了一条缝，光从缝里漏出来，你知道门后面有一个你从未见过的世界。

她关掉所有设备，坐在后厨的地上，靠着冰凉的墙壁，看着天花板。

天花板上有油烟熏出来的黄色痕迹，还有一只蛾子趴在灯管旁边，一动不动。

她笑了。

很小声地笑。

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接下来的一个月，她每天打烊后做实验。

她测试了不同的写入功率、不同的写入时间、不同的读取功率，记录了GST薄膜在两种状态之间的切换特性。

数据在纸上越记越多——她没有电脑做数据处理，就用唐老板娘的旧算盘和一台计算器。后来她把数据输入小飒，让小飒帮她做统计分析。

结果让她兴奋，也让她清醒。

兴奋的部分：相变材料在光域的存储和读取是可行的。写入和读取的对比度足够高——两种状态之间的透射率差异超过50%，远超电子存储器的区分度。这意味着误码率可以做到很低。

清醒的部分：切换速度太慢了。

她测出来的GST结晶时间是80纳秒左右。跟电子芯片的SRAM相比——SRAM的访问时间是0.3纳秒——慢了两个数量级以上。

而且写入功耗不低。30毫瓦的写入光，虽然看起来不大，但这是单次写入的功率。如果要并行写入一百万个相变单元，总功率就是30瓦——跟一块电子芯片的功耗差不多了。

**理论优势在实际工程中被打折扣了。**

她想起辩证唯物主义的话——**理论到实践之间，隔着千山万水。**

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她还发现了一个更深层的问题。

光计算的核心优势是并行——一束光可以同时携带很多路信息（不同波长、不同模式），同时处理。但这个优势的前提是，你要能把不同路的光信号分开、组合、控制。

这需要**光学器件**——波导、调制器、滤波器、耦合器。每一个器件都要做得很精密，尺寸误差在纳米级别。而制造这些器件的工艺——硅光工艺——目前远不如电子芯片的CMOS工艺成熟。

她在后厨搭的光路是用分立器件拼的——反射镜、分束器、光纤，都是宏观元件，一个一个手动对准。但真正的光子芯片上，这些元件要集成在一块硅片上，尺寸是微米级的，用光刻工艺制造。

**而光刻工艺，恰恰就是她想要绕过的东西。**

她绕了一个圈，又回来了。

她想绕过高端制程，但光子芯片的制造同样需要光刻。虽然光子芯片对制程的要求比电子芯片低——光波导的尺寸在微米级，不需要5nm、3nm那么先进——但硅光工艺的良率问题、集成度问题、跟电子芯片的兼容问题，每一个都是硬骨头。

她坐在后厨的地上，看着光学平台上那些散落的元件，忽然觉得自己很可笑。

一个十二岁的女孩，在饭馆后厨里，用二手设备，试图解决全世界最前沿的芯片问题。

谁会信呢？

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但她没有停。

她把问题拆开了。

辩证唯物主义——**主要矛盾和次要矛盾。**

当前的主要矛盾是什么？

不是光子芯片的制造工艺——那是次要矛盾，可以后面解决。

主要矛盾是：**现有的计算架构，成本太高。**

高端电子芯片贵，不是因为硅贵——硅是地壳上第二丰富的元素。贵的是制程——7nm、5nm、3nm的光刻设备，一台几亿美金，产能有限，被少数公司垄断。

如果不用最先进的制程，用成熟制程（比如28nm、45nm），能不能做出算力够用的芯片？

用电子芯片的架构——不行。28nm的电子芯片算力太低，跑不动AI模型。

但如果换一种架构——一种不依赖晶体管密度、不依赖先进制程的架构呢？

光子芯片就是这种架构。光波导的尺寸由光波长决定，跟制程无关。1550nm的光，波导宽度大约是500纳米——用45nm制程就能做出来，不需要5nm。

**用成熟制程做光子芯片，理论上可以绕过高端制程封锁。**

但光子芯片的制造工艺不成熟。怎么办？

曦菲想了很久，想出了一个思路——

**不用纯光子芯片。用光电混合芯片。**

电子部分用成熟CMOS工艺做——控制逻辑、数据接口、时钟管理。光子部分用硅光工艺做——光波导、调制器、探测器。两部分集成在同一块硅片上。

硅光工艺虽然不如CMOS成熟，但对制程要求低。45nm甚至90nm就能做。而且硅光工艺跟CMOS工艺是兼容的——可以在同一条产线上生产。

**用成熟的产线，做新的架构。**

这不是绕过制程封锁——这是**绕过对制程进步的依赖**。

不需要等3nm、2nm。不需要买几亿美金的光刻机。用现有的成熟产线，通过架构创新，实现算力的跨越式提升。

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她把这个思路整理成了一份新的文档，比上次更长，十二页。

标题改了：

**《光电混合存算一体架构：基于相变材料的低成本通用算力芯片路线图》**

她发给了林越。

这次林越看了整整一周。

一周后，林越约她视频。

他的表情比上次凝重。

"曦菲，你的思路我理解了。光电混合，用成熟制程做光子部分，绕过高端制程依赖。理论上是对的。但你知道这中间有多少工程问题吗？"

"我知道。"

"你列一下。"

曦菲拿出一张纸——她早就列好了。

"第一，硅光工艺的良率。硅光器件的制造误差容忍度比电子器件低。波导宽度偏差几十纳米，光就会泄漏。目前硅光工艺的良率大概在60%到70%之间，远低于CMOS的95%以上。"

"第二，光电集成。电子部分和光子部分在同一块硅片上，但两者的制造流程不同。怎么在同一个流程里把两部分都做出来，而且互不干扰？目前业界有几家公司在做光电共封装，但都还在早期。"

"第三，相变材料的集成。GST薄膜要沉积在硅光器件上，但GST的热学性质跟硅不匹配，热膨胀系数不同，长时间工作可能导致薄膜剥离。"

"第四，光信号的质量。光在波导里传输会损耗——弯曲损耗、散射损耗、耦合损耗。每一段光路都有损耗，累积起来，信号可能衰减到无法检测。"

"第五，规模。目前光子芯片上的器件集成度还很低——几百到几千个器件。要达到实用级算力，需要百万级甚至亿级的器件集成度。这中间差了三四个数量级。"

林越看着她列的五个问题，一个一个地看完了。

"你都知道。"

"我都知道。"

"那你还要做？"

"要做。"

"为什么？"

曦菲看着摄像头。屏幕里的林越坐在办公室里，白板上还是那些公式和流程图。窗外是城市的灯光，模模糊糊的，像水里的倒影。

"林越，你知道我在工厂的时候，老板扣我工资，一个月扣掉一千多。我那时候觉得，是因为老板坏。后来我学了辩证唯物主义，我知道了，不是老板坏，是条件决定了结果——我没有议价能力，没有法律保护，所以被扣是必然的。"

林越没说话。

"后来我做了直播，有人骂我、骚扰我。我学了心理学，知道那是别人的课题，不是我的。但再后来我学了辩证唯物主义，我又知道了——那些人之所以能匿名作恶，是因为条件允许他们匿名。改变条件，才能改变结果。"

"再后来我学了AI，学了自动驾驶。我以为技术能解决问题。但我发现自动驾驶的瓶颈在芯片，芯片的瓶颈在制程，制程的瓶颈在——"

她停了一下。

"在谁掌握了制造工具。"

"工厂老板掌握了工厂，所以他能扣我工资。大公司掌握了高端制程，所以它们能控制算力价格。工具在谁手里，权力就在谁手里。"

"如果我能做出一种不依赖高端制程的芯片——便宜的、人人都能造的芯片——那算力就不再被少数公司垄断了。"

"就像互联网让信息不再被垄断一样。便宜的算力会让智能不再被垄断。"

"到那时候，不只是大公司能跑大模型。小饭馆的后厨也能跑。工厂的流水线也能跑。外卖骑手的电动车上也能跑。"

"每个人都能拥有自己的AI。"

她说完了。

后厨很安静。冰箱的压缩机嗡嗡响着，像一只困在铁箱子里的蜜蜂。

林越沉默了很久。

"曦菲。"

"嗯。"

"你说的这些，不是技术问题。"

"我知道。"

"这是一个——"他斟酌了一下用词，"这是一个改变世界的事情。"

曦菲笑了一下。

"我没有想改变世界。我只是不想被别人卡着脖子活。"

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林越帮她做了一件事。

他联系了远行者的硬件部门，借到了一块旧的开发板——上面有一颗45nm制程的芯片，不是最先进的，但可以用来做原型验证。他还帮她找到了一家硅光代工厂，愿意以很低的价格帮她流一片实验性的硅光芯片——当然，是最简单的测试结构，不是完整的芯片。

"只能帮你到这里了。"林越说，"再往下的钱，公司出不了。这是研发投入，不是我的权限范围。"

"够了。"曦菲说，"我先证明概念可行。可行了之后，再找钱。"

"你怎么找钱？"

"我还直播呢。"

林越愣了一下，然后笑了。

"你直播能赚多少？"

"一个月几千。省着点花，够流一片芯片的加工费。"

"一片硅光芯片的加工费最少也要几万块。"

"那我多攒几个月。"

林越看着她，表情很复杂。

"你知道吗，我见过很多创业者，拿着几千万融资，做出来的东西不如你在饭馆后厨搭的实验靠谱。"

"因为我没有退路。"曦菲说，"他们失败了还能回去当高管。我失败了——"

她想了想。

"我失败了就继续端盘子。反正我也端得熟了。"

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她开始攒钱。

直播继续做，饭馆继续干。但开销压缩到了极限——不买衣服，不买零食，不买任何跟实验无关的东西。小芳看她的生活越来越苦，急了。

"曦菲你是不是在攒钱做什么奇怪的事？"

"没有。我在做一个实验。"

"什么实验要花这么多钱？"

"一个——关于光的实验。"

小芳一脸狐疑，但没有再问。

曦菲把每个月的收入分成三份：饭馆的工资交房租和吃饭，直播的收入全部存起来，远行者的补贴用来买实验耗材。

三个月后，她的存折上多了一万八。

不够。但接近了。

她开始加速——直播从每周三次变成每天一次。她唱的歌还是那些老歌，笑还是那个笑，但弹幕里有人说："菲菲最近好拼啊，每天都能看到你。"

她回："嗯，最近在攒一个很重要的东西。"

"什么东西？"

"一束光。"

弹幕刷了一排问号。

她笑了笑，没有解释。

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那天晚上，她关了直播，坐在窗台边。

月光从窗帘缝里漏进来，一道白光落在地板上，像一条细细的河。

她伸出手，让月光落在掌心里。

光没有重量。她感觉不到它。但她知道它在。

从月亮到她的手心，38万公里。光走了1.3秒。

她想起爷爷说的——"你看见的星星，其实是它很久以前的样子。"

月光是1.3秒以前的。她的眼睛看到的是过去。

但她的手心接住的是现在。

她要把这束光，变成算力。变成每个人都能用的、便宜的、不受制于人的算力。

她不知道要走多久。

但光一直在走。

她也会。

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*——未完，下一节：6.2 绕过高端制程*