"Ви вірите в світло?" Якщо ентузіаст чіпів задає вам це питання, це не те, що він раптом є ультраманським фанатом. Це те, що він починає помічати, що "світло" починає розпалювати світ чіпів.
Нобелівська премія з фізики 2023 року була присуджена "асиметричній технології легкого імпульсу", а "як використовувати світло для обчислення" також стала важливою темою в галузі та наукових колах. Чи може світло, яке, природно, швидко, завершити оновлення "інфраструктури" розумного світу в епоху штучного інтелекту з неймовірною швидкістю?
Фотони беруть на себе від електронів
Порівняно з більш традиційними електронними мікросхемами, фотонні мікросхеми - це новий тип мікросхем, які використовують властивості фотонів для обчислення.
По суті, мікросхеми покладаються на фізичні властивості напівпровідникових матеріалів для маніпулювання мікроскопічними частинками, які несуть інформацію, але різні типи мікросхем використовують різні носії частинок. "Фотонічні мікросхині використовують фотони для створення, обробки, передачі та відображення інформації", - сказав Лей Мі, засновник -партнер China Innovation Star.
Порівняно з електронами, переваги фотонів очевидні: у них дуже швидкий час відгуку для передачі інформації, 3-4 замовлень на величину більшу інформаційну ємність, ніж електрони, сильне зберігання, обчислення та навіть паралельні можливості взаємозв'язку, і ультра-низьке споживання енергії ... Очевидно, що потенційні ці переваги означають для інформаційної галузі.
Тепер, з появою епохи штучного інтелекту, попит на обчислювальну потужність зростає. Однак розвиток електронних мікросхем досягла межі фізичних та економічних витрат, і "невдача закону Мура" постійно чути.
Електронні мікросхеми засновані на кремнію, а атоми кремнію мають діаметр приблизно 0. 22 нанометри. Коли процес зменшується до нижче 7 нанометрів, електронні мікросхеми дуже сприйнятливі до електричних сплесків та проблем з розщепленням електронів, що ускладнює ідеально керувати електронами. У хвилі великих моделей, що з'явилися в 2023 році, недоліки традиційних електронних мікросхем стали очевидними.
Фотоніка чіпси оголошує новий світанок. Вони не тільки обіцяють вирішити непереборні виклики споживання електроенергії та доступу до пам'яті в електронних мікросхемах, але й породжують численні інноваційні сценарії додатків. Відповідно до цього, оптичні шляхи замінюють електричні ланцюги, а лазерні джерела займають місце джерел живлення ... шляхом усунення необхідності фотоелектричного перетворення, можна обійти існуючі фізичні межі та пробити обчислювальне вузьке місце чіпів. В даний час конкуренція в цій галузі вже розпочалася серед провідних науково -дослідних установ як на внутрішньому, так і на міжнародному рівні.
У квітні цього року дослідницька група з університету Цінгхуа піонерувала розподілену широту інтелектуальну архітектуру оптичних обчислень у світі. Вони розробили фотонний чіп -- "taiji" для вдосконалених завдань AI, який має енергоефективність від 2 до 3 замовлень вище, ніж у існуючих інтелектуальних мікросхем, і можуть забезпечити підтримку обчислювальної живлення для таких завдань, як інтелектуальний аналіз великих сцен та тренувань та міркування великих моделей.
У травні дослідницька група в Шанхайському інституті мікросистемних та інформаційних технологій китайської академії наук розробила літієву гетеро-інтегровану пластину, яка також вперше була використана для високопродуктивної та масової фотонічної мікросхем.
Чи справді фотон -чіп недалеко?
Як приручити світло?
Окрім з нетерпінням чекати майбутнього, давайте подумаємо більше про те, як працюють фотоніка?
Електронна мікросхема складається з електронного транзистора та електропровідного мідного дроту. Фотонний чіп складається з фотонного транзистора та хвилеводу, який проводить світло. Хвилевод - це середовище для розповсюдження світла, такого як знайоме оптичне волокно.
Відповідно до їх функцій, фотонні мікросхеми можна розділити на дві категорії: лазерні мікросхеми та мікросхеми детектора. Лазерні мікросхеми повинні використовувати електричну енергію введеного струму напівпровідниковими матеріалами, щоб реалізувати перетворення електроенергії та світла. Кіпси детектора ідентифікують оптичні сигнали за допомогою фотоелектричного ефекту та перетворюють їх на електричні сигнали.
Як керувати виходом світла? В ідеалі це було б повністю оптичним транзистором, керованим і контрольованим світлом. Однак технологія ще не зріла; Чисті фотонні мікросхем все ще знаходяться на концептуальній стадії, а основні компоненти фотонних мікросхем все ще є електрооптичними гібридними пристроями, які використовують світло для руху та електроенергії для управління. На основі оптоелектронної модуляції університет Цінгхуа запустив чіп Тайджі II у серпні цього року, досягнувши онлайн -навчання оптичних нейронних мереж без необхідності в процесі процесора.
Завдяки інтеграції електрооптичних гібридних пристроїв весь процес модуляції, передачі та демодуляції між оптичними сигналами та електричними сигналами інтегрується на одну підкладку. Це утворює основу для швидкісної обробки даних у мікросхемах. Завдяки перевагам довжини хвилі легких хвиль, фотонні мікросхеми можна виготовити за допомогою зрілих процесів з довжиною хвилі, що не мають сто нанометрів, що дозволяє повне внутрішнє виробництво цих мікросхем.
Де будуть використані фотосинські чіпси?
Як я вже говорив, фотонні мікросхеми мають потенціал пробити вузьке місце в обчислювальній потужності електронних мікросхем. Крім того, які ще області їх можна використовувати?
Добре відомо, що швидкість світла - найшвидше відома у Всесвіті. Використовуючи високошвидкісні характеристики передачі світла, перше, що спадає на думку з фотонними мікросхемами,-це надмірно швидкість передачі даних. "Волоконно-оптична мережа + фотонна чіп" означає нову еру швидкісного зв'язку. Більше того, перешкоджання перешкод фотонних мікросхем також дозволяє фотонному радарі стати реальністю.
Застосування фотонних мікросхем в інших галузях також є перспективним. Наприклад, у біомедицині фотонні мікросхеми можуть використовуватися для оптичного візуалізації та спектроскопічного аналізу, що дозволяє швидко виявити та аналіз клітин, тканин та препаратів. У моніторингу навколишнього середовища фотонні мікросхеми можуть застосовуватися до датчиків газу та моніторингу забруднення, що робить моніторинг у реальному часі та оцінку якості навколишнього середовища більш ефективним.
Оптичні обчислювальні мікросхеми починають виходити з лабораторії, і вчені сподіваються, що після серії інженерних зусиль комерційні фотонні мікросхеми можуть бути створені якнайшвидше. Це означає, що вартість фотонних чіпів може бути широко прийнята галуззю.
