- Hisz a fényben? Ha egy chip rajongó felteszi ezt a kérdést, akkor nem az, hogy hirtelen ultraman rajongó. Ez az, hogy már észreveszi, hogy a "fény" kezdte fellendülni a chip világát.
A 2023 -as Nobel -fizikai díjat az "aszimmetrikus fényimpulzus -technológia" kapta, és a "Hogyan kell használni a fényt a kiszámításhoz" az ipar és az akadémia fontos témájává. Vajon a fény, amely természetesen gyors, befejezi az intelligens világ "infrastruktúrájának" korszerűsítését a mesterséges intelligencia korszakában, hihetetlen sebességgel?
A fotonok átveszik az elektronokat
A tradicionálisabb elektronikus chipekkel összehasonlítva a fotonikus chipek egy új típusú chips, amely a fotonok tulajdonságait használja a kiszámításhoz.
Lényegében a chipek a félvezető anyagok fizikai tulajdonságaira támaszkodnak, hogy manipulálják az információt hordozó mikroszkópos részecskéket, de a különféle chipek különböző részecskehordozókat használnak. "A fotonikus chipek fotonokat használnak az információk előállításához, feldolgozásához, továbbításához és megjelenítéséhez" - mondta Lei MI, a China Innovation Star alapító partnere.
Az elektronokkal összehasonlítva a fotonok előnyei nyilvánvalóak: nagyon gyors válaszidővel rendelkeznek az információ átvitelére, 3-4 Nagyságrenddel magasabb az információs kapacitás, mint az elektronok, az erős tárolás, a számítástechnika és még a párhuzamos összekapcsolási képességek, valamint az ultra-alacsony energiafogyasztás ... Ez egyértelmű, hogy ezek az előnyök mit jelentenek az információs ipar számára.
Most, a mesterséges intelligencia korának megjelenésével, a számítási erő iránti igény növekszik. Az elektronikus chipek fejlesztése azonban elérte a fizikai és gazdasági költségeket, és folyamatosan hallják a „Moore törvény kudarcát”.
Az elektronikus chipek szilíciumon alapulnak, szilíciumatomokkal, amelyek átmérője körülbelül 0. 22 nanométer. Ha a folyamatot 7 nanométer alá csökkentik, az elektronikus chipek nagyon érzékenyek az elektromos túlfeszültségekre és az elektronok lebontására, megnehezítve az elektronok tökéletesen szabályozását. A 2023 -ban felmerült nagy modellek hullámában nyilvánvalóvá vált a hagyományos elektronikus chipek hiányosságai.
A Photonics Chips új hajnalot hirdetett. Nem csak megígérik, hogy az elektronikus chipsben az energiafogyasztás és a memória -hozzáférés leküzdhetetlen kihívásaival foglalkoznak, hanem számos innovatív alkalmazási forgatókönyvet eredményeznek. Ezzel összhangban az optikai útvonalak helyettesítik az elektromos áramköröket, és a lézerforrások helyettesítik a tápegységeket ... A fotoelektromos átalakítás szükségességének kiküszöbölésével meg lehet kerülni a meglévő fizikai korlátokat és áttörni a chips számítási szűk keresztmetszetét. Jelenleg a verseny ezen a területen már megkezdődött a legfontosabb kutatóintézetek között mind belföldön, mind nemzetközi szinten.
Ez év áprilisában a Tsinghua Egyetem kutatócsoportja úttörője volt a világon elosztott szélességű intelligens optikai számítástechnikai architektúrának. Készítették egy fotonikus chipet -- "Taiji" a fejlett AI feladatokhoz, amelynek energiahatékonysága 2-3 nagyságrendű, mint a meglévő intelligens chipeké, és számítástechnikai támogatást nyújthat olyan feladatokhoz, mint például a nagy jelenetek intelligens elemzése, valamint a nagy modellek edzése és érvelése.
Májusban a Kínai Tudományos Akadémia Shanghai Mikroszisztéma- és Informatikai Intézetének kutatócsoportja kifejlesztett egy lítium-tantalát hetero-integrált ostyát, amelyet először is felhasználtak nagy teljesítményű és tömeggyártású fotonikus chips készítésére.
A Photon Chip valóban nem messze van?
Hogyan lehet megszelídíteni a fényt?
Amellett, hogy várakozással tekintünk a jövőre, gondoljunk többet arról, hogy a Photonics chipek hogyan működnek?
Az elektronikus chip elektronikus tranzisztorból és vezetőképes rézhuzalból áll. A fotonikus chipet fotonikus tranzisztorból és egy fényt nyújtó hullámvezetőből áll. A hullámvezető a könnyű terjedési közeg, például az ismerős optikai rost.
Funkcióik szerint a fotonikus chipek két kategóriába sorolhatók: lézer- és detektor chips. A lézeres chipsnek félvezető anyagok által az injektált áram elektromos energiáját kell felhasználniuk a villamosenergia és a fény átalakításának megvalósításához. A detektor chipek az optikai jeleket fotoelektromos hatás révén azonosítják, és elektromos jelekké alakítják.
Hogyan lehet szabályozni a fényteljesítményt? Ideális esetben ez egy teljesen optikai tranzisztor, amelyet a fény vezérel és vezérel. A technológia azonban még nem érett; A tiszta fotonikus chipek továbbra is a fogalmi szakaszban vannak, és a fotonikus chipek alapvető alkotóelemei továbbra is elektro-optikai hibrid eszközök, amelyek fényt használnak a vezetéshez és az elektromos áramot a vezérléshez. Az optoelektronikus moduláció alapján a Tsinghua Egyetem ez év augusztusában indította el a Taiji II chipet, és optikai ideghálózatok online képzését érte el GPU -ra.
Az elektro-optikai hibrid eszközök integrációjával az optikai jelek és az elektromos jelek közötti modulációs, átviteli és demoduláció teljes folyamatát egyetlen szubsztrátra integráljuk. Ez képezi az alapot a nagy sebességű adatfeldolgozáshoz a chipekben. A fényhullámok hullámhossz méretének előnyeinek köszönhetően a fotonikus chipek elkészíthetők, érett folyamatokkal, amelyek akár száz nanométernél is kicsi hullámhosszúak, lehetővé téve ezeknek a chipeknek a teljes háztartási előállítását.
Hol fognak használni a Photons chipeket?
Mint mondtam, a fotonikus chipek képesek áttörni az elektronikus chipek számítási teljesítményének szűk keresztmetszetét. Ezenkívül milyen más területeket is használhat?
Közismert, hogy a fénysebesség a leggyorsabb az univerzumban. A fény nagy sebességű átviteli tulajdonságainak kihasználásakor az első dolog, ami a fotonikus chipekkel eszembe jut, az ultra-nagysebességű adatátvitel. A "Fiber Optic Network + Photonic Chip" a nagysebességű kommunikáció új korszakát jelenti. Ezenkívül a fotonikus chipek interferencia -ellenállása lehetővé teszi a fotonikus radar valósággá válását is.
A fotonikus chipek alkalmazása más területeken is ígéretes. Például a biomedicinában a fotonikus chipek felhasználhatók optikai képalkotáshoz és spektroszkópos elemzéshez, lehetővé téve a sejtek, szövetek és gyógyszerek gyors kimutatását és elemzését. A környezeti megfigyelés során a fotonikus chipek alkalmazhatók a gázérzékelőkre és a szennyezés megfigyelésére, a valós idejű megfigyelés és a környezeti minőség értékelése érdekében.
Az optikai számítástechnikai chipek elkezdenek költözni a laboratóriumból, és a tudósok azt remélik, hogy egy sor mérnöki erőfeszítés után a kereskedelmi fotonikus chipek a lehető leghamarabb stabil módon állíthatók elő. Ez azt jelenti, hogy a fotonikus chipek költségeit az ipar széles körben elfogadhatja.
