У 1965 році Гордон Мур, співзасновник Intel, запропонував закон Мура, прогнозував, що щільність транзисторів на мікросхемах подвоїться кожні 18-24 місяці.Однак після десятиліть розвитку електронні мікросхеми на основі кремнію наближаються до фізичних теоретичних меж своїх можливостей.
Поява фотонних чіпів розглядається як ключовий спосіб пробити обмеження закону Мура.
Нещодавно команда під керівництвом доцента Ванг Ченга з міського університету Гонконгу у співпраці з дослідниками з китайського університету Гонконгу розробила мікрохвильову фотонну чіп з використанням літієвого ніобату в якості платформи.Цей чіп обробляє сигнал швидше і споживає менше енергії, використовуючи оптику для ультрафаст-аналогової обробки електронних сигналів та обчислень.
Дослідження було опубліковано в "Nature" 29 лютого.Повідомляється, що інтегровані мікрохвильові мікросхеми літієвих ніобатів не лише в 1000 разів швидше, ніж традиційні електронні процесори, але й мають супер широку пропускну здатність обробки та надзвичайно високу обчислювальну точність, з меншим споживанням енергії.
Поняття фотонних мікросхем вже не знайоме, і нові технології в галузі фотонних мікросхем виникають часто.Наприклад, у грудні 2022 року команда під керівництвом професора Зу Вайвен з кафедри електронної інженерії в Школі електронної інформації та електротехніки Шанхайського університету Цзяо Тонг запропонувала інноваційну ідею, яка перетинає фотоніку з обчислювальною наукою.Вони розробили новий тип мікросхеми обробки фотонної тензора, здатної до високошвидкісних операцій згортання тензора.Результати були опубліковані в "Nature" під заголовком "обробка тензорних потоків високого порядку на основі інтегрованих фотонних мікросхем".
Крім того, китайські дослідники здійснили значні прориви в фотонних інтегрованих схемах, фотонних транзисторах та оптичних обчисленнях.Ці досягнення не тільки демонструють силу Китаю в технології фотонних чіпів, але й роблять вагомий внесок у розвиток глобальної промисловості фотонних чіпів.
За останнє десятиліття фотонні технології стали основним центром для наступного покоління інформаційних технологій, штучного інтелекту, розумних транспортних засобів та охорони здоров'я.Він також вважається однією з ключових технологій для підтримки провідної позиції на міжнародному ринку пов'язаними країнами.
Простіше кажучи, фотонний чіп - це мікросхема, який використовує оптичні сигнали для збору даних, передачі, обчислення, зберігання та дисплея.Фотонічні мікросхем дуже затребувані в нинішню епоху, головним чином, через дві переваги: продуктивність та виробництво.
Перевага 1: Висока швидкість обчислень, низьке споживання електроенергії та низька затримка
Порівняно з традиційними електронними мікросхемами, фотонні мікросхеми мають багато переваг, головним чином з точки зору високої швидкості та низького споживання електроенергії.Оптичні сигнали передаються зі швидкістю світла, значно збільшуючи швидкість;В ідеалі фотонні чіпси обчислюють приблизно в 1000 разів швидше, ніж електронні мікросхеми.Фотонічні обчислення споживає менше енергії, при цьому споживання електроенергії оптичних обчислень, як очікується, становитиме 10^-18 джоулів на біт (10^-18 Дж/біт).З однаковим споживанням електроенергії фотонні пристрої в сотні разів швидше, ніж електронні пристрої.
Крім того, світло має природну здатність до паралельної обробки та зрілої технології мультиплексування хвиль, що значно покращує здатність, сховище та пропускну здатність фотонних мікросхем.Частота, довжина хвилі, стан поляризації та фаза світлових хвиль можуть представляти різні дані, а світлові шляхи не заважають один одному при перетині.Ці характеристики роблять фотони адептом паралельних обчислень, добре відповідаючи штучним нейронним мережам, де більшість обчислювальних процесів включає "множення матриці".
В цілому, фотонні мікросхеми мають високу обчислювальну швидкість, низьке споживання електроенергії та низьку затримку, і менш сприйнятливі до змін температури, електромагнітних полів та шуму.
Перевага 2: Нижні вимоги до виробництва
На відміну від інтегрованих мікросхем ланцюгів, фотонні мікросхеми мають відносно менші виробничі вимоги.Найвищі технічні бар'єри лежать в епітаксіальному дизайні та виробництві.Технологічний маршрут світла має такі переваги, як висока швидкість, низьке споживання енергії та анти-кришталь, що дозволяє йому замінити багато функцій електроніки.
Sui Jun, президент Китаю Xintong Microelectronics Technology (Peijing) Co., Ltd., після тогоВиробляйте їх, використовуючи відносно зрілі вітчизняні матеріали та обладнання ".
Щодо того, чи замінить фотонні мікросхеми електронні мікросхеми, важливо зрозуміти поточні вузькі місця, що стоять перед електронними мікросхемами.
Перший виклик для електронних мікросхем - обмеження закону Мура.За останні майже 50 років щільність транзисторів може подвоїтися кожні 18-20 місяців, але з фізичної точки зору розмір атома становить близько 0,3 нанометрів.Коли напівпровідниковий процес досягає 3 нанометрів, він дуже близький до фізичної межі, що робить майже неможливим продовжувати подвоєння кожні 18-20 місяців.