"Ali verjamete v svetlobo?" Če vas ljubitelj čipov vpraša to vprašanje, ni to, da je nenadoma ultramanski oboževalec. To je, da začne opažati, da "svetloba" začenja vzbujati svet čipov.
Nobelova nagrada za fiziko leta 2023 je bila podeljena "asimetrični tehnologiji lahkih impulzov", "kako uporabiti svetlobo za izračun" je postala tudi pomembna tema v industriji in akademiji. Ali lahko svetloba, ki je naravno hitra, dokonča nadgradnjo "infrastrukture" inteligentnega sveta v dobi umetne inteligence z neverjetno hitrostjo?
Fotoni prevzamejo iz elektronov
V primerjavi s bolj tradicionalnimi elektronskimi čipi so fotonski čipi nova vrsta čipov, ki za izračun uporabljajo lastnosti fotonov.
V bistvu se čipi zanašajo na fizikalne lastnosti polprevodniških materialov, da manipulirajo z mikroskopskimi delci, ki nosijo informacije, vendar različne vrste čipov uporabljajo različne nosilce delcev. "Fotonski čipi uporabljajo fotone za ustvarjanje, obdelavo, prenos in prikaz informacij," je dejala Lei Mi, ustanovna partner China Inovacijske zvezde.
V primerjavi z elektroni so prednosti fotonov očitne: imajo zelo hiter odzivni čas za prenos informacij, 3-4 Naročila velikosti informacijske zmogljivosti kot elektroni, močna skladiščenje, računalništvo in celo vzporedna medsebojna povezava in ultra nizka poraba energije ... je samoumevno, kaj ta potenciala pomenijo za informacijsko industrijo.
Zdaj, s pojavom dobe umetne inteligence, narašča povpraševanje po računalniški moči. Vendar je razvoj elektronskih čipov dosegel mejo fizičnih in gospodarskih stroškov, "neuspeh Mooreovega zakona" pa se nenehno sliši.
Elektronski čipi temeljijo na siliciju, pri čemer imajo silicijevi atomi premer približno 0. 22 nanometrov. Ko se postopek zmanjša na manj kot 7 nanometrov, so elektronski čipi zelo dovzetni za težave z električnimi napetostmi in razpadom elektronov, kar otežuje popolno nadzor elektronov. V valu velikih modelov, ki so se pojavili leta 2023, so postale očitne pomanjkljivosti tradicionalnih elektronskih čipov.
Fotonics Chips napoveduje novo zoro. Ne samo da obljubljajo, da bodo reševali nepremostljive izzive porabe energije in dostopa do pomnilnika v elektronskih čistih, ampak tudi povzročili številne inovativne scenarije aplikacij. V skladu s tem optične poti nadomeščajo električna vezja, laserski viri pa se nahajajo na mestu napajalnikov ... Z odpravo potrebe po fotoelektrični pretvorbi je mogoče zaobiti obstoječe fizične meje in prebiti računalniško ozko grlo čipov. Trenutno se je konkurenca na tem področju že začela med najvišjimi raziskovalnimi institucijami tako domače kot na mednarodni ravni.
Aprila letos je raziskovalna skupina z univerze Tsinghua pionirala distribuirano široko inteligentno optično računalniško arhitekturo na svetu. Za napredne naloge AI so zasnovali fotonski čip -- "taiji", ki ima energijsko učinkovitost 2 do 3 reda velikosti, višja od obstoječih inteligentnih čipov in lahko zagotovi računalniško podporo za naloge, kot so inteligentna analiza velikih prizorov in usposabljanja in sklepanja velikih modelov.
Maja je raziskovalna skupina na Šanghajskem inštitutu za mikrosistem in informacijsko tehnologijo Kitajske akademije znanosti razvila litij tantalatno hetero-integrirano rezino, ki je bila prvič uporabljena tudi za izdelavo visokozmogljivih in množičnih fotonskih čipov.
Ali fotonski čip res ne daleč?
Kako ukrotiti svetlobo?
Poleg tega, da se veselimo prihodnosti, razmislimo več o tem, kako delujejo fotonični čipi?
Elektronski čip je sestavljen iz elektronskega tranzistorja in prevodne bakrene žice. Fotonski čip je sestavljen iz fotonskega tranzistorja in valovoda, ki vodi svetlobo. Valovod je medij za širjenje svetlobe, kot je znana optična vlakna.
Po njihovih funkcijah lahko fotonske čipe razdelimo v dve kategoriji: laserski čipi in detektorski čipi. Laserski čipi morajo za uresničitev pretvorbe električne energije in svetlobe uporabiti električno energijo vbrizganega toka s polprevodniškimi materiali. Detektorski čipi identificirajo optične signale s fotoelektričnim učinkom in jih pretvorijo v električne signale.
Kako nadzorovati izhod svetlobe? V idealnem primeru bi bil popolnoma optični tranzistor, ki ga poganja svetloba. Vendar tehnologija še ni zrela; Čisti fotonski čipi so še vedno v konceptualni fazi, osnovne komponente fotonskih čipov pa so še vedno elektro-optične hibridne naprave, ki uporabljajo svetlobo za vožnjo in elektriko za nadzor. Na podlagi optoelektronske modulacije je univerza Tsinghua avgusta letos predstavila čip Taiji II in dosegla spletno usposabljanje optičnih nevronskih omrežij brez potrebe po GPU -ju.
Z integracijo elektro-optičnih hibridnih naprav je celoten postopek modulacije, prenosa in demodulacije med optičnimi signali in električnimi signali integriran na en sam substrat. To je temelj za obdelavo podatkov visoke hitrosti v čipih. Zahvaljujoč prednosti velikosti valovne dolžine svetlobnih valov je mogoče fotonske čipe izdelati z zrelimi procesi z valovnimi dolžinami, majhnimi kot sto nanometri, kar omogoča popolno domačo proizvodnjo teh čipov.
Kje se bodo uporabljali fotoni?
Kot sem že rekel, lahko fotonski čipi prebojijo ozko grlo računalniške moči elektronskih čipov. Poleg tega, katera druga področja lahko uporabijo?
Dobro je znano, da je hitrost svetlobe najhitreje znana v vesolju. Uporaba značilnosti svetlobe s hitrim prenosom, prva stvar, ki pride na misel s fotonskimi čipi, je ultra visok prenos podatkov. "Fiber Optic Network + Photonic Chip" pomeni novo obdobje komunikacije visoke hitrosti. Poleg tega tudi moten odpornost fotonskih čipov omogoča, da fotonski radar postane resničnost.
Obetavna je tudi uporaba fotonskih čipov na drugih poljih. Na primer, pri biomedicini lahko fotonske čipe uporabimo za optično slikanje in spektroskopsko analizo, kar omogoča hitro odkrivanje in analizo celic, tkiv in zdravil. Pri okoljskem spremljanju lahko fotonske čipe uporabimo za senzorje plina in spremljanje onesnaževanja, zaradi česar je spremljanje v realnem času in ocena kakovosti okolja učinkovitejša.
Optični računalniški čipi se začnejo premikati iz laboratorija, znanstveniki pa upajo, da se po nizu inženirskih prizadevanj lahko čim prej na stabilno proizvedejo komercialni fotonski čipi. To pomeni, da lahko industrija široko sprejme stroške fotonskih čipov.
