V roku 1965 navrhol Gordon Moore, spoluzakladateľ spoločnosti Intel, Mooreov zákon, ktorý predpovedá, že hustota tranzistorov na čipoch by sa zdvojnásobila každých 18 až 24 mesiacov.Po desaťročiach vývoja sa však elektronické čipy na báze kremíka blížia k fyzickým teoretickým limitom svojich schopností.
Výskyt fotonických čipov sa považuje za kľúčový spôsob, ako prelomiť obmedzenia Mooreovho zákona.
Tím vedený docentom Wangom Chengom z Mestskej univerzity v Hongkongu v spolupráci s výskumníkmi z Čínskej univerzity v Hongkongu vyvinul mikrovlnný fotonický čip s použitím Lithium Niobate ako platformy.Tento čip spracováva signalizáciu rýchlejšie a spotrebúva menej energie pomocou optiky pre ultra rýchly analógový elektronický spracovanie a výpočet signálu.
Výskum bol uverejnený v „Nature“ 29. februára.Uvádza sa, že integrované mikrovlnné štiepky mikrovlnných fotonických čipov lítium niobate sú nielen 1000 -krát rýchlejšie ako tradičné elektronické procesory, ale majú tiež veľmi širokú šírku pásma spracovania a extrémne vysokú výpočtovú presnosť s nižšou spotrebou energie.
Koncept fotonických čipov už nie je známy a často sa objavujú nové technológie v oblasti fotonických čipov.Napríklad v decembri 2022 tím vedený profesorom Zou Weiwenom z Katedry elektrotechniky na Škole elektronických informácií a elektrotechniky univerzity v Šanghaji Jiao Tong navrhol inovatívny nápad, ktorý pretína fotoniku s výpočtovou vedou.Vyvinuli nový typ čipu fotonického tenzora, ktorý je schopný vysokorýchlostných operácií tenzorovej konvolúcie.Výsledky boli uverejnené v „Nature“ pod názvom „Spracovanie tenzorového prúdu vysokého rádu na základe integrovaných fotonických čipov“.
Čínski vedci ďalej urobili významné prielomy vo fotonických integrovaných obvodoch, fotonických tranzistoroch a optických výpočtoch.Tieto úspechy demonštrujú nielen silu Číny v technológii fotonických čipov, ale tiež významne prispievajú k rozvoju globálneho priemyslu fotonických čipov.
V poslednom desaťročí sa fotonická technológia stala ústredným bodom pre ďalšiu generáciu informačných technológií, umelej inteligencie, inteligentných vozidiel a zdravotnej starostlivosti.Považuje sa tiež o jednu z kľúčových technológií na udržanie vedúceho postavenia na medzinárodnom trhu v súvisiacich krajinách.
Jednoducho povedané, fotonický čip je čip, ktorý používa optické signály na získavanie údajov, prenos, výpočet, úložisko a zobrazenie.Fotonické čipy sú veľmi vyhľadávané v súčasnej ére hlavne v dôsledku dvoch výhod: výkon a výroba.
Výhoda 1: Vysoká rýchlosť výpočtu, nízka spotreba energie a nízka latencia
V porovnaní s tradičnými elektronickými čipmi majú fotonické čipy mnoho výhod, najmä pokiaľ ide o vysokú rýchlosť a nízku spotrebu energie.Optické signály vysielajú rýchlosť svetla, čo výrazne zvyšuje rýchlosť;V ideálnom prípade fotonické čipy vypočítajú približne 1000 -krát rýchlejšie ako elektronické čipy.Fotonické výpočty spotrebúva menej energie, pričom spotreba energie optického výpočtu sa očakáva, že bude nízka ako 10^-18 joules na bit (10^-18 j/bit).Pri rovnakej spotrebe energie sú fotonické zariadenia stokrát rýchlejšie ako elektronické zariadenia.
Svetlo má navyše prirodzenú schopnosť paralelného spracovania a technológie multiplexovania vlnovej dĺžky vlnovej dĺžky, čo výrazne vylepšuje kapacitu spracovania údajov, úložisko a šírku pásma fotonických čipov.Frekvencia, vlnová dĺžka, stav polarizácie a fáza svetelných vĺn môžu predstavovať rôzne údaje a ľahké cesty sa pri prechode navzájom nezasahujú.Tieto charakteristiky spôsobujú, že fotóny sú adeptované pri paralelnom výpočte a dobre sa hodia do umelých nervových sietí, kde väčšina výpočtového procesu zahŕňa „násobenie matrice“.
Celkovo sú fotonické čipy majú vysokú rýchlosť výpočtu, nízku spotrebu energie a nízku latenciu a sú menej citlivé na zmeny teploty, elektromagnetických polí a hluku.
Výhoda 2: Nižšie požiadavky na výrobu
Na rozdiel od integrovaných okruhových čipov majú fotonické čipy relatívne nižšie požiadavky na výrobu.Najvyššie technické bariéry spočívajú v epitaxiálnom dizajne a výrobe.Technologická cesta svetla má výhody, ako je vysoká rýchlosť, nízka spotreba energie a anti-crosstalk, čo jej umožňuje nahradiť mnoho funkcií elektroniky.
Sui Jun, prezident čínskej spoločnosti Xintong Microelectronics Technology (Peking) Co., Ltd., akonáhle je uvedený: „Fotonické čipy nemusia používať extrémne špičkové litografické stroje, ako je extrémne ultrafialové (EUV) litografické stroje potrebné pre elektronické čipy. MôžemeVyrábajte ich pomocou relatívne vyspelých domácich materiálov a vybavenia. ““
Pokiaľ ide o to, či fotonické čipy nahradia elektronické čipy, je dôležité porozumieť aktuálnym problémom s elektronickými čipmi.
Prvou výzvou pre elektronické čipy je obmedzenie Mooreovho zákona.V posledných takmer 50 rokoch sa hustota tranzistorov mohla zdvojnásobiť každých 18-20 mesiacov, ale z fyzického hľadiska je veľkosť atómu takmer 0,3 nanometrov.Keď polovodičový proces dosiahne 3 nanometre, je veľmi blízko k fyzickému limitu, takže je takmer nemožné pokračovať v zdvojnásobení každých 18-20 mesiacov.