W 1965 r. Gordon Moore, współzałożyciel Intela, zaproponował prawo Moore'a, przewidując, że gęstość tranzystorów na żetonach podwoi się co 18 do 24 miesięcy.Jednak po dziesięcioleciach rozwoju chipsy elektroniczne na bazie krzemu zbliżają się do fizycznych teoretycznych granic swoich możliwości.
Pojawienie się fotonicznych żetonów jest postrzegane jako kluczowy sposób na przełamanie ograniczeń prawa Moore'a.
Niedawno zespół prowadzony przez profesora Wang Cheng z City University of Hongkong, we współpracy z naukowcami z chińskiego Uniwersytetu w Hongkongu, opracował mikrofalowy chip fotoniczny przy użyciu litu niobate jako platformy.Ten układ przetwarza sygnały szybciej i zużywa mniej energii, przy użyciu optyki dla ultra-szybkiego analogowego elektronicznego przetwarzania sygnału i obliczeń.
Badania zostały opublikowane w „Nature” 29 lutego.Doniesiono, że zintegrowane chipsy fotoniczne mikrofalowe litowo -niobate są nie tylko 1000 razy szybsze niż tradycyjne procesory elektroniczne, ale mają również bardzo szeroką przepustowość przetwarzania i wyjątkowo wysoką dokładność obliczeniową o niższym zużyciu energii.
Koncepcja fotonicznych żetonów nie jest już nieznana, a nowe technologie w dziedzinie fotonicznych wiórów często pojawiają się.Na przykład w grudniu 2022 r. Zespół prowadzony przez profesora Zou Weiwen z Departamentu Inżynierii Elektronicznej w School of Electronic Information and Electrical Engineering Uniwersytetu Szanghaju Jiao Tong zaproponował innowacyjny pomysł, który przecina fotonikę z nauką komputerową.Opracowali nowy rodzaj fotonicznego układu przetwarzania tensorów zdolnych do szybkich operacji splotu tensorowego.Wyniki zostały opublikowane w „Nature” pod tytułem „Otrzymanie tensorów wysokiego rzędu w oparciu o zintegrowane układy fotoniczne”.
Ponadto chińscy badacze dokonali znaczących przełomów w fotonicznych obwodach zintegrowanych, tranzystorach fotonicznych i obliczeniach optycznych.Osiągnięcia te pokazują nie tylko siłę Chin w technologii fotonicznych, ale także wnoszą znaczący wkład w rozwój globalnego przemysłu chipów fotonicznych.
W ciągu ostatniej dekady technologia fotoniczna stała się centralnym punktem dla następnej generacji technologii informatycznych, sztucznej inteligencji, inteligentnych pojazdów i opieki zdrowotnej.Jest również uważany za jedną z kluczowych technologii utrzymania wiodącej pozycji na rynku międzynarodowym według powiązanych krajów.
Mówiąc najprościej, układ fotoniczny to układ, który wykorzystuje sygnały optyczne do pozyskiwania danych, transmisji, obliczeń, przechowywania i wyświetlania.Photoniczne układy są bardzo poszukiwane w obecnej erze głównie ze względu na dwie zalety: wydajność i produkcja.
Zaleta 1: Wysoka prędkość obliczeniowa, niskie zużycie energii i niskie opóźnienie
W porównaniu z tradycyjnymi układami elektronicznymi, frytki fotoniczne mają wiele zalet, głównie pod względem dużej prędkości i niskiego zużycia energii.Sygnały optyczne transmitują z prędkością światła, znacznie zwiększając prędkość;Idealnie, chipsy fotoniczne obliczają około 1000 razy szybciej niż chipsy elektroniczne.Obliczanie fotoniczne zużywa mniej energii, z zużyciem energii przetwarzania optycznego, które wynosi zaledwie 10^-18 dżuli na bit (10^-18 J/bit).Przy takim samym zużyciu energii urządzenia fotoniczne są setki razy szybsze niż urządzenia elektroniczne.
Ponadto światło ma naturalną zdolność do równoległego przetwarzania i dojrzałej technologii multipleksowania długości długości fali, znacznie zwiększając pojemność przetwarzania danych, przechowywanie i przepustowość układów fotonicznych.Częstotliwość, długość fali, stan polaryzacji i faza fal światła mogą reprezentować różne dane, a ścieżki światła nie zakłócają się podczas przejścia.Charakterystyka te sprawiają, że fotony w równoległym obliczeniu, dobrze dopasowując się do sztucznych sieci neuronowych, w których większość procesu obliczeniowego obejmuje „mnożenie matrycy”.
Ogólnie rzecz biorąc, układy fotoniczne mają wysoką prędkość obliczeniową, niskie zużycie energii i niskie opóźnienia i są mniej podatne na zmiany temperatury, pól elektromagnetycznych i hałasu.
Zaleta 2: Niższe wymagania produkcyjne
W przeciwieństwie do zintegrowanych układów obwodów, chipsy fotoniczne mają stosunkowo niższe wymagania produkcyjne.Najwyższe bariery techniczne leżą w projektowaniu i produkcji epitaksjalnej.Technologiczna droga światła ma zalety, takie jak duża prędkość, niskie zużycie energii i antykrosstalka, umożliwiając mu zastąpienie wielu funkcji elektroniki.
Sui Jun, prezes chińskiej technologii Microelectronics Technology (Beijing) Co., Ltd., kiedyś stwierdził: „Photonic Chips nie muszą używać wyjątkowo wysokiej klasy maszyn litograficznych, takich jak litografia Extreme Ultraviolet (EUV) wymagane do chipsów elektronicznych.Produkuj je przy użyciu stosunkowo dojrzałych materiałów domowych i sprzętu ”.
Jeśli chodzi o to, czy układy fotoniczne zastąpią układy elektroniczne, ważne jest, aby zrozumieć obecne wąskie gardła naprzeciw elektronicznych układów.
Pierwszym wyzwaniem dla chipsów elektronicznych jest ograniczenie prawa Moore'a.W ciągu ostatnich prawie 50 lat gęstość tranzystorów mogła się podwoić co 18-20 miesięcy, ale z fizycznego punktu widzenia wielkość atomu wynosi prawie 0,3 nanometrów.Kiedy proces półprzewodnikowy osiąga 3 nanometry, jest bardzo zbliżony do limitu fizycznego, co prawie niemożliwe jest podwojenie co 18-20 miesięcy.