През 1965 г. Гордън Мур, съосновател на Intel, предлага закона на Мур, прогнозирайки, че плътността на транзисторите на чипове ще се удвоява на всеки 18 до 24 месеца.Въпреки това, след десетилетия на развитие, електронните чипове, базирани на силиций, наближават физическите теоретични граници на техните възможности.
Появата на фотонните чипове се разглежда като ключов начин за пробиване на ограниченията на закона на Мур.
Наскоро екип, ръководен от доцент Уанг Чен от градския университет в Хонконг, в сътрудничество с изследователи от китайския университет в Хонконг, разработи микровълнов фотонен чип, използващ Lithium Niobate като платформа.Този чип обработва сигнализира по-бързо и консумира по-малко енергия, използвайки оптика за ултра бърза аналогова електронна обработка и изчисляване на сигнала.
Изследването е публикувано в „Nature“ на 29 февруари.Съобщава се, че интегрираният литиев микровълнов фотонен чипс е не само 1000 пъти по -бързи от традиционните електронни процесори, но и има супер широка честотна лента на обработка и изключително висока изчислителна точност, с по -ниска консумация на енергия.
Концепцията за фотонични чипове вече не е непознаваща и често се появяват нови технологии в областта на фотонните чипове.Например през декември 2022 г. екип, ръководен от професор Зуу Вейвен от катедрата по електронно инженерство в Училището за електронна информация и електротехника на университета в Шанхай Джиао Тонг, предлага иновативна идея, която пресича фотоника с изчислителна наука.Те разработиха нов тип фотонен тензор за обработка на чип, способен да операции с високоскоростна тензорна конволюция.Резултатите бяха публикувани в „Nature“ под заглавието „обработка на тензорни потоци от висок ред, базирана на интегрирани фотонични чипове“.
Освен това китайските изследователи са направили значителни пробиви във фотонни интегрални схеми, фотонични транзистори и оптични изчисления.Тези постижения не само демонстрират силата на Китай в технологията на Photonic CHIP, но и допринасят значително за развитието на глобалната индустрия на Photonic Chip.
През изминалото десетилетие фотоничната технология се превърна във фокусна точка за следващото поколение информационни технологии, изкуствен интелект, интелигентни превозни средства и здравеопазване.Той също така се счита за една от основните технологии за поддържане на водеща позиция на международния пазар от свързани страни.
Най -просто казано, фотонен чип е чип, който използва оптични сигнали за събиране на данни, предаване, изчисляване, съхранение и дисплей.Фотонните чипове са много търсени в настоящата ера главно поради две предимства: производителност и производство.
Предимство 1: Висока изчислителна скорост, ниска консумация на енергия и ниска латентност
В сравнение с традиционните електронни чипове, фотонните чипове имат много предимства, главно по отношение на висока скорост и ниска консумация на мощност.Оптичните сигнали предават със скоростта на светлината, значително нарастваща скорост;В идеалния случай фотоничните чипове изчисляват приблизително 1000 пъти по -бързо от електронните чипове.Фотонните изчисления консумират по-малко енергия, като консумацията на мощност на оптичните изчисления се очаква да достигне 10^-18 джаула на бит (10^-18 j/бит).Със същата консумация на енергия, фотонните устройства са стотици пъти по -бързи от електронните устройства.
Освен това, светлината има естествена способност за паралелна обработка и зряла технология за мултиплексиране на дължина на вълната, като значително подобрява капацитета за обработка на данни, съхранението и честотната лента на фотоничните чипове.Честотата, дължината на вълната, поляризационното състояние и фазата на светлинните вълни могат да представляват различни данни, а светлинните пътища не пречат един на друг при пресичане.Тези характеристики правят фотоните умели при паралелни изчисления, като се приспособяват добре с изкуствените невронни мрежи, където по -голямата част от изчислителния процес включва „матрично умножение“.
Като цяло фотонните чипове разполагат с висока изчислителна скорост, ниска консумация на мощност и ниска латентност и са по -малко податливи на промени в температурата, електромагнитните полета и шума.
Предимство 2: По -ниски изисквания за производство
За разлика от интегрираните схеми, фотонните чипове имат сравнително по -ниски производствени изисквания.Най -високите технически бариери се намират в епитаксиалния дизайн и производство.Технологичният път на светлината има предимства като висока скорост, ниска консумация на енергия и анти-разходка, което му позволява да замени много функции на електрониката.
Sui Jun, президент на китайската технология Xintong Microelectronics (Beijing) Co., Ltd., веднъж заяви: „Фотонните чипове не е необходимо да използват изключително висок клас литографски машини като Extreme Ultraviolet (EUV) литографски машини, необходими за електронни чипове.Произвеждайте ги, като използвате сравнително зрели домашни материали и оборудване. "
По отношение на това дали фотонните чипове ще заменят електронните чипове, важно е да разберете текущите тесни места, изправени пред електронни чипове.
Първото предизвикателство за електронните чипове е ограничаването на закона на Мур.През последните близо 50 години плътността на транзисторите може да се удвоява на всеки 18-20 месеца, но от физическа гледна точка размерът на атом е близо до 0,3 нанометра.Когато полупроводниковият процес достигне 3 нанометра, той е много близо до физическата граница, което прави почти невъзможно да продължи да се удвоява на всеки 18-20 месеца.