"Glaubst du an Licht?" Wenn ein Chip -Enthusiast Ihnen diese Frage stellt, ist es nicht so, dass er plötzlich ein Ultraman -Fan ist. Es ist so, dass er bemerkt, dass "Licht" die Chipwelt aufrüttet.
Der Nobelpreis 2023 in Physik wurde an "asymmetrische Lichtpulstechnologie" verliehen, und "How to Light to Reculate" ist ebenfalls zu einem wichtigen Thema in der Branche und der Wissenschaft geworden. Kann Licht, das von Natur aus schnell ist, die Verbesserung der "Infrastruktur" der intelligenten Welt in der Zeit der künstlichen Intelligenz mit unglaublicher Geschwindigkeit vervollständigen?
Photonen übernehmen von Elektronen
Im Vergleich zu den traditionelleren elektronischen Chips sind photonische Chips eine neue Art von Chips, die die Eigenschaften von Photonen zur Berechnung verwenden.
Im Wesentlichen stützen sich Chips auf die physikalischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien, um mikroskopische Partikel zu manipulieren, die Informationen tragen, aber verschiedene Arten von Chips verwenden unterschiedliche Partikelträger. "Photonische Chips verwenden Photonen, um Informationen zu generieren, zu verarbeiten, zu übertragen und anzuzeigen", sagte Lei MI, Gründungspartner von China Innovation Star.
Im Vergleich zu Elektronen sind die Vorteile von Photonen offensichtlich: Sie haben eine sehr schnelle Reaktionszeit für die Informationsübertragung, 3-4 Größenordnungen höhere Informationskapazität als Elektronen, starker Speicher, Computer und sogar parallele Verbindungsfunktionen und ultra-niedriger Energieverbrauch ... Es ist selbstverständlich.
Mit dem Aufkommen des Zeitalters der künstlichen Intelligenz steigt die Nachfrage nach Rechenleistung. Die Entwicklung elektronischer Chips hat jedoch die Grenze der physischen und wirtschaftlichen Kosten erreicht, und das "Versagen des Moores Gesetz" wird ständig zu hören.
Elektronische Chips basieren auf Silizium, wobei Siliziumatome einen Durchmesser von ungefähr 0. 22 Nanometer haben. Wenn der Vorgang auf unter 7 Nanometer reduziert wird, sind elektronische Chips sehr anfällig für elektrische Anstiegs- und Elektronenaufschlussprobleme, was es schwierig macht, die Elektronen perfekt zu steuern. In der Welle großer Modelle, die im Jahr 2023 entstanden sind, sind die Mängel traditioneller elektronischer Chips offensichtlich geworden.
Photonics Chips läutieren eine neue Morgendämmerung. Sie versprechen nicht nur, die unüberwindlichen Herausforderungen des Stromverbrauchs und des Speicherzugriffs in elektronischen Chips anzugehen, sondern führen auch zahlreiche innovative Anwendungsszenarien hervor. In diesem Zusammenhang ersetzen optische Pfade elektrische Schaltkreise, und Laserquellen treten an den Platz von Stromversorgungen. Durch die Beseitigung der Notwendigkeit einer photoelektrischen Umwandlung ist es möglich, vorhandene physische Grenzwerte zu umgehen und den rechnerischen Engpass der Chips durchzubrechen. Derzeit hat der Wettbewerb in diesem Bereich bereits im Inland und international unter den besten Forschungsinstitutionen begonnen.
Im April dieses Jahres war ein Forschungsteam der Universität Tsinghua Pionier an einer verteilten Breite intelligent optische Computerarchitektur der Welt. Sie entwarfen einen photonischen Chip -- "Taiji" für fortgeschrittene KI -Aufgaben, die eine Energieeffizienz von 2 bis 3 Größenordnungen höher als die von vorhandenen intelligenten Chips haben, und können Rechenleistungsergebnisse für Aufgaben wie intelligente Analyse großer Szenen und Schulungen und Argumentation großer Modelle bieten.
Im Mai entwickelte ein Forschungsteam am Shanghai Institute of Microsystem und Informationstechnologie der chinesischen Akademie der Wissenschaften ein Hetero-integrierter Lithium-Tantalat-Hetero-Wafer, das auch zum ersten Mal verwendet wurde, um leistungsstarke und massenproduzierte photonische Chips zu machen.
Ist der Photon -Chip wirklich nicht weit weg?
Wie kann man Licht zähmen?
Lassen Sie uns nicht nur auf die Zukunft freuen, sondern auch über die Funktionsweise von Photonik -Chips nachdenken?
Ein elektronischer Chip besteht aus einem elektronischen Transistor und einem leitenden Kupferdraht. Ein photonischer Chip besteht aus einem photonischen Transistor und einem Wellenleiter, der Licht leitet. Der Wellenleiter ist das Medium für die Lichtausbreitung, wie die vertraute optische Faser.
Nach ihren Funktionen können photonische Chips in zwei Kategorien unterteilt werden: Laserchips und Detektorchips. Laserchips müssen die elektrische Energie des injizierten Stroms durch Halbleitermaterialien nutzen, um die Umwandlung von Strom und Licht zu realisieren. Detektorchips identifizieren optische Signale durch photoelektrischen Effekt und konvertieren sie in elektrische Signale.
Wie steuere ich die Lichtleistung? Idealerweise wäre es ein vollständig optischer Transistor, der von Licht angetrieben und gesteuert wird. Die Technologie ist jedoch noch nicht ausgereift; Reine photonische Chips befinden sich noch in der konzeptionellen Stufe, und die grundlegenden Komponenten von photonischen Chips sind immer noch elektrooptische Hybridgeräte, die Licht für Fahren und Strom zur Kontrolle verwenden. Basierend auf der optoelektronischen Modulation startete die Tsinghua University im August dieses Jahres den Taiji II -Chip und erreichte die Online -Schulung optischer neuronaler Netzwerke, ohne dass eine GPU erforderlich war.
Durch die Integration elektrooptischer Hybridgeräte wird der gesamte Prozess der Modulation, Übertragung und Demodulation zwischen optischen Signalen und elektrischen Signalen in ein einzelnes Substrat integriert. Dies bildet die Grundlage für die Hochgeschwindigkeitsdatenverarbeitung in Chips. Dank des Vorteils der Wellenlängengröße von Lichtwellen können photonische Chips mit ausgereiften Prozessen mit Wellenlängen wie hundert Nanometern hergestellt werden, wodurch die vollständige Inlandsproduktion dieser Chips ermöglicht wird.
Wo werden die Photonen -Chips verwendet?
Wie gesagt, photonische Chips haben das Potenzial, den Rechenleistung Engpässe von elektronischen Chips zu durchbrechen. Welche anderen Bereiche können sie außerdem verwendet werden?
Es ist bekannt, dass die Lichtgeschwindigkeit am schnellsten im Universum bekannt ist. Das erste, was mit photonischen Chips in den Sinn kommt, ist die Ultrahohe-Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung. "Glasfasernetzwerk + Photonischer Chip" bedeutet eine neue Ära der Hochgeschwindigkeitskommunikation. Darüber hinaus ermöglicht die Interferenzbeständigkeit von photonischen Chips auch, dass photonisches Radar Realität wird.
Die Anwendung von photonischen Chips in anderen Bereichen ist ebenfalls vielversprechend. Zum Beispiel können in Biomedizin photonische Chips zur optischen Bildgebung und spektroskopischen Analyse verwendet werden, wodurch ein schneller Nachweis und Analyse von Zellen, Geweben und Arzneimitteln ermöglicht werden. Bei der Umweltüberwachung können photonische Chips auf Gassensoren und Verschmutzungsüberwachung angewendet werden, wodurch die Echtzeitüberwachung und die Bewertung der Umweltqualität effizienter gestaltet werden.
Optische Computerchips ziehen aus dem Labor aus, und Wissenschaftler hoffen, dass nach einer Reihe von technischen Bemühungen so bald wie möglich stabile kommerzielle photonische Chips produziert werden können. Das bedeutet, dass die Kosten für photonische Chips von der Branche weithin akzeptiert werden können.
