- Crezi în lumină? Dacă un pasionat de cipuri vă pune această întrebare, nu este că este brusc un fan ultraman. Este că începe să observe că „lumina” începe să stârnească lumea cipurilor.
Premiul Nobel pentru fizică din 2023 a fost acordat „tehnologiei asimetrice de puls de lumină”, iar „Cum să folosești lumina pentru a calcula” a devenit, de asemenea, un subiect important în industrie și academie. Poate lumina, care este în mod natural rapid, să completeze modernizarea „infrastructurii” lumii inteligente în epoca inteligenței artificiale cu o viteză incredibilă?
Fotonii preiau de la electroni
În comparație cu cipurile electronice mai tradiționale, cipurile fotonice sunt un nou tip de jetoane care folosesc proprietățile fototonilor de calculat.
În esență, cipurile se bazează pe proprietățile fizice ale materialelor semiconductoare pentru a manipula particule microscopice care transportă informații, dar diferite tipuri de cipuri folosesc diverși purtători de particule. "Jetoanele fotonice folosesc fotoni pentru a genera, procesa, transmite și afișa informații", a declarat Lei MI, partener fondator al China Innovation Star.
În comparație cu electronii, avantajele fototonilor sunt evidente: au un timp de răspuns foarte rapid pentru transmiterea informațiilor, 3-4 Comenzi de capacitate de informație mai mare decât electroni, stocare puternică, calcul și chiar capacități de interconectare paralelă și consum de energie ultra-scăzut ... este de sine stătător care înseamnă potențialul acestor avantaje pentru industria informației.
Acum, odată cu apariția epocii inteligenței artificiale, cererea pentru puterea de calcul este în creștere. Cu toate acestea, dezvoltarea cipurilor electronice a atins limita costurilor fizice și economice, iar „eșecul legii lui Moore” este constant auzit.
Jetoanele electronice se bazează pe siliciu, atomii de siliciu având un diametru de aproximativ 0. 22 nanometre. Atunci când procesul este redus la sub 7 nanometri, jetoanele electronice sunt foarte sensibile la creșterea electrică și problemele de descompunere a electronilor, ceea ce face dificilă controlul perfect a electronilor. În valul modelelor mari apărute în 2023, deficiențele jetoanelor electronice tradiționale au devenit evidente.
Chips Photonics Herald a New Dawn. Aceștia nu numai că promit să abordeze provocările insurmontabile ale consumului de energie electrică și accesului la memorie în cipuri electronice, dar dau naștere și numeroase scenarii de aplicații inovatoare. În conformitate cu aceasta, căile optice înlocuiesc circuitele electrice, iar sursele laser preiau locul surselor de alimentare ... eliminând nevoia de conversie fotoelectrică, este posibil să ocoliți limitele fizice existente și să treceți prin gâtul de calcul al cipurilor. În prezent, competiția în acest domeniu a început deja în rândul instituțiilor de cercetare de top atât pe plan intern, cât și internațional.
În aprilie a acestui an, o echipă de cercetare de la Universitatea Tsinghua a fost pionieră într -o arhitectură distribuită de calcul inteligentă de calcul inteligent în lume. Ei au proiectat un cip fotonic -- "Taiji" pentru sarcini avansate AI, care are o eficiență energetică 2 până la 3 ordine de mărime mai mare decât cea a cipurilor inteligente existente și pot oferi suport de putere de calcul pentru sarcini precum analiza inteligentă a scenelor mari și a antrenamentului și a raționamentului modelelor mari.
În luna mai, o echipă de cercetare de la Institutul de Microsistem și Tehnologia Informației din Shanghai și tehnologia informațională a Academiei Chineze de Științe a dezvoltat o placă integrată hetero-integrată cu tentă de litiu, care a fost folosită pentru prima dată pentru a face cipuri fotonice de înaltă performanță și produse de masă.
Cipul fotonului este într -adevăr nu departe?
Cum să îmblânziți lumina?
Pe lângă faptul că așteptăm cu nerăbdare viitorul, să ne gândim mai mult la modul în care funcționează chipsurile fotonice?
Un cip electronic este alcătuit dintr -un tranzistor electronic și un fir de cupru conductiv. Un cip fotonic este alcătuit dintr -un tranzistor fotonic și un ghid de undă care conduce lumină. Ghidul de undă este mediul pentru propagarea ușoară, cum ar fi fibra optică familiară.
Conform funcțiilor lor, jetoanele fotonice pot fi împărțite în două categorii: chipsuri laser și jetoane de detector. Jetoanele cu laser trebuie să utilizeze energia electrică a curentului injectat de materiale semiconductoare pentru a realiza conversia electricității și a luminii. Jetoanele de detector identifică semnale optice prin efect fotoelectric și le transformă în semnale electrice.
Cum se controlează ieșirea de lumină? În mod ideal, ar fi un tranzistor complet optic condus și controlat de lumină. Cu toate acestea, tehnologia nu este încă matură; Jetoanele fotonice pure sunt încă în stadiul conceptual, iar componentele de bază ale cipurilor fotonice sunt încă dispozitive hibride electro-optice care folosesc lumină pentru conducere și electricitate pentru control. Pe baza modulației optoelectronice, Universitatea Tsinghua a lansat cipul Taiji II în august anul acesta, obținând instruirea online a rețelelor neuronale optice, fără a fi nevoie de un GPU.
Prin integrarea dispozitivelor hibride electro-optice, întregul proces de modulare, transmisie și demodulare între semnale optice și semnale electrice este integrat pe un singur substrat. Aceasta constituie fundamentul procesării datelor de mare viteză în cipuri. Datorită avantajului dimensiunii de undă a undelor de lumină, cipurile fotonice pot fi fabricate folosind procese mature cu lungimi de undă la fel de mici ca o sută de nanometri, permițând producerea internă completă a acestor jetoane.
Unde vor fi utilizate chipsurile de fotoni?
După cum am spus, jetoanele fotonice au potențialul de a trece prin blocajul de putere de calcul al jetoanelor electronice. În plus, ce alte zone pot fi utilizate?
Este cunoscut faptul că viteza luminii este cea mai rapidă cunoscută în univers. Utilizând caracteristicile de transmisie de mare viteză ale luminii, primul lucru care îmi vine în minte cu cipuri fotonice este transferul de date cu viteză ultra-înaltă. „Rețeaua de fibră optică + cip fotonică” semnifică o nouă eră a comunicării de mare viteză. Mai mult decât atât, rezistența la interferență a cipurilor fotonice face posibilă, de asemenea, ca radarul fotonic să devină o realitate.
Aplicarea cipurilor fotonice în alte domenii este, de asemenea, promițătoare. De exemplu, în biomedicină, cipurile fotonice pot fi utilizate pentru imagistica optică și analiza spectroscopică, permițând detectarea rapidă și analiza celulelor, țesuturilor și medicamentelor. În monitorizarea mediului, cipurile fotonice pot fi aplicate senzorilor de gaz și monitorizării poluării, ceea ce face ca monitorizarea în timp real și evaluarea calității mediului să fie mai eficientă.
Jetoanele de calcul optice încep să se deplaseze din laborator, iar oamenii de știință speră că, după o serie de eforturi de inginerie, cipurile fotonice comerciale pot fi produse într -un mod stabil cât mai curând posibil. Asta înseamnă că costul cipurilor fotonice pot fi acceptate pe scară largă de către industrie.
