В 1965 году Гордон Мур, соучредитель Intel, предложил закон Мура, прогнозируя, что плотность транзисторов на чипах будет удваиваться каждые 18-24 месяцев.Однако после десятилетий развития электронные чипы на основе кремния приближаются к физическим теоретическим пределам их возможностей.
Появление фотонных чипсов рассматривается как ключевой способ преодолеть ограничения закона Мура.
Недавно команда во главе с доцентом Ван Ченгом из Городского университета Гонконга, в сотрудничестве с исследователями из Китайского университета Гонконга, разработала микроволновый фотонный чип с использованием литий -ниобате в качестве платформы.Этот процесс чипа сигнализирует быстрее и потребляет меньше энергии, используя оптику для ультрастрастной аналоговой обработки электронных сигналов и вычислений.
Исследование было опубликовано в «природе» 29 февраля.Сообщается, что интегрированные микроволновые микроволновые чипы лития ниобата не только в 1000 раз быстрее, чем традиционные электронные процессоры, но также имеют сверх широкую полосу пропускания обработки и чрезвычайно высокую вычислительную точность, с более низким потреблением энергии.
Концепция фотонных чипсов больше не является незнакомым, а новые технологии в области фотонных чипсов часто появляются.Например, в декабре 2022 года команда во главе с профессором Зоу Вейвен из факультета электронных инженеров в Школе электронного и электротехники Университета Шанхай Цзяо Тонг предложила инновационную идею, которая пересекает фотонику с вычислительной наукой.Они разработали новый тип фишки с фотонной тензорной обработкой, способной выполнять высокоскоростную тензорную свертку.Результаты были опубликованы в «природе» под названием «Тенсорная обработка высокого порядка на основе интегрированных фотонных чипов».
Кроме того, китайские исследователи сделали значительные прорывы в фотонных интегрированных цепях, фотонных транзисторах и оптических вычислениях.Эти достижения не только демонстрируют силу Китая в технологии фотонных чипсов, но и вносят значительный вклад в развитие глобальной индустрии фотонных чипсов.
В последнее десятилетие фотонные технологии стали центром для следующего поколения информационных технологий, искусственного интеллекта, интеллектуальных транспортных средств и здравоохранения.Это также считается одной из ключевых технологий для поддержания лидийной позиции на международном рынке со стороны связанных стран.
Проще говоря, фотонный чип - это чип, который использует оптические сигналы для сбора данных, передачи, вычислений, хранения и отображения.Фотонные чипы высоко востребованы в текущую эпоху в основном из -за двух преимуществ: производительность и производство.
Преимущество 1: высокая скорость вычислений, низкое энергопотребление и низкая задержка
По сравнению с традиционными электронными чипами, фотонные чипы имеют много преимуществ, в основном с точки зрения высокой скорости и низкого энергопотребления.Оптические сигналы передают со скоростью света, значительно увеличивая скорость;В идеале фотонные чипы вычисляют примерно в 1000 раз быстрее, чем электронные чипсы.Фотонные вычисления потребляют меньше энергии, причем потребление питания оптических вычислений, как ожидается, составит всего 10^-18 джоулей за бит (10^-18 J/бит).С таким же энергопотреблением фотонные устройства в сотни раз быстрее, чем электронные устройства.
Кроме того, Light обладает естественной способностью для параллельной обработки и технологии мультиплексирования мультиплексирования длина волны, значительно повышая способность обработки данных, хранение и полосу пропускания фотонных чипов.Частота, длина волны, состояние поляризации и фаза световых волн могут представлять разные данные, а световые пути не мешают друг другу при пересечении.Эти характеристики делают фотоны искусными на параллельных вычислениях, хорошо вписываясь в искусственные нейронные сети, где большая часть вычислительного процесса включает в себя «умножение матрицы».
В целом, фотонные чипы оснащены высокой скоростью вычислений, низким энергопотреблением и низкой задержкой, и они менее подвержены изменениям температуры, электромагнитных полей и шума.
Преимущество 2: более низкие требования к производству
В отличие от интегрированных чипов схемы, фотонные чипы имеют относительно более низкие производственные требования.Самые высокие технические барьеры заключаются в эпитаксиальном проектировании и производстве.Технологический путь света имеет такие преимущества, как высокая скорость, низкое энергопотребление и анти-разъемы, что позволяет ему заменить многие функции электроники.
Sui Jun, президент китайской микроэлектронической технологии Xintong Microelectronics (Пекин), Ltd.производить их с помощью относительно зрелых внутренних материалов и оборудования ».
Относительно того, заменят ли фотонные чипсы электронные чипсы, важно понимать текущие узкие места, обращенные на электронные чипсы.
Первая проблема для электронных чипсов - это ограничение закона Мура.За последние почти 50 лет плотность транзисторов могла удваиваться каждые 18-20 месяцев, но с физической точки зрения размер атома близок к 0,3 нанометрам.Когда процесс полупроводника достигает 3 нанометров, он очень близок к физическому лимиту, что делает практически невозможным продолжать удваиваться каждые 18-20 месяцев.